El flujo de neutrones es una cantidad escalar utilizada en física nuclear y física de reactores nucleares . Es la distancia total recorrida por todos los neutrones libres por unidad de tiempo y volumen. [1] De manera equivalente, se puede definir como el número de neutrones que viajan a través de una pequeña esfera de radio en un intervalo de tiempo, dividido por una sección transversal máxima de la esfera (el área del gran disco , ) y por la duración del intervalo de tiempo. [2] : 82-83 La dimensión del flujo de neutrones es y la unidad habitual es cm −2 s −1 ( centímetro cuadrado recíproco por segundo recíproco ).
La fluencia neutrónica se define como el flujo de neutrones integrado en un período de tiempo determinado. Por tanto, su dimensión es y su unidad habitual es cm −2 (centímetro cuadrado recíproco). Un término más antiguo utilizado en lugar de cm −2 era "nvt" (neutrones, velocidad, tiempo). [3]
El flujo de neutrones en las estrellas de la rama gigante asintótica y en las supernovas es responsable de la mayor parte de la nucleosíntesis natural que produce elementos más pesados que el hierro . En las estrellas hay un flujo de neutrones relativamente bajo del orden de 10 5 a 10 11 cm −2 s −1 , lo que resulta en la nucleosíntesis por el proceso s (proceso lento de captura de neutrones). Por el contrario, después de una supernova con colapso del núcleo, hay un flujo de neutrones extremadamente alto, del orden de 10 32 cm −2 s −1 , [4] lo que resulta en la nucleosíntesis por el proceso r (proceso rápido de captura de neutrones).
El flujo de neutrones atmosféricos de la Tierra, aparentemente proveniente de tormentas eléctricas, puede alcanzar niveles de 3·10 −2 a 9·10 +1 cm −2 s −1 . [5] [6] Sin embargo, resultados recientes [7] (considerados inválidos por los investigadores originales [8] ) obtenidos con detectores de neutrones de centelleo sin blindaje muestran una disminución en el flujo de neutrones durante tormentas eléctricas. Investigaciones recientes parecen apoyar que los rayos generan 10 13 –10 15 neutrones por descarga a través de procesos fotonucleares . [9]
El flujo de neutrones artificial se refiere al flujo de neutrones creado por el hombre, ya sea como subproducto de las armas o de la producción de energía nuclear o para una aplicación específica, como la de un reactor de investigación o por espalación . Un flujo de neutrones se utiliza a menudo para iniciar la fisión de núcleos grandes inestables. Los neutrones adicionales pueden hacer que el núcleo se vuelva inestable, provocando su desintegración (división) para formar productos más estables. Este efecto es esencial en los reactores de fisión y las armas nucleares .
En un reactor de fisión nuclear, el flujo de neutrones es la principal cantidad que se mide para controlar la reacción en su interior. La forma del flujo es el término que se aplica a la densidad o fuerza relativa del flujo a medida que se mueve alrededor del reactor. Normalmente, el flujo de neutrones más fuerte se produce en el centro del núcleo del reactor y se vuelve más bajo hacia los bordes. Cuanto mayor sea el flujo de neutrones, mayor será la probabilidad de que se produzca una reacción nuclear, ya que hay más neutrones que atraviesan un área por unidad de tiempo.
Un recipiente de reactor de una planta de energía nuclear típica ( PWR ) resiste en 40 años (32 años de reactor completo) de operación aproximadamente 6,5 × 10 19 cm −2 ( E > 1 MeV ) de fluencia de neutrones. [10] El flujo de neutrones hace que los recipientes del reactor sufran fragilización neutrónica y es un problema importante en la fusión termonuclear como ITER y otros reactores de confinamiento magnético DT donde los neutrones rápidos (originalmente 14,06 MeV) dañan el equipo, lo que resulta en una vida útil corta del equipo y enormes costos y grandes volúmenes de corrientes de desechos radiactivos.
