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 de neutrones se define como el flujo de neutrones integrado durante un período de tiempo determinado. Entonces 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 estrellas asintóticas de rama gigante y en 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 mediante el proceso s (proceso lento de captura de neutrones). Por el contrario, después de un colapso del núcleo de una supernova, hay un flujo de neutrones extremadamente alto, del orden de 10 32 cm −2 s −1 , [4] que resulta en la nucleosíntesis mediante el proceso r (proceso rápido de captura de neutrones).
El flujo de neutrones atmosféricos de la Tierra, aparentemente procedente 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 las tormentas. Investigaciones recientes parecen respaldar que los rayos generan 10 13 –10 15 neutrones por descarga mediante procesos fotonucleares . [9]
El flujo de neutrones artificial se refiere al flujo de neutrones creado por el hombre, ya sea como subproducto de armas o producción de energía nuclear o para una aplicación específica, como un reactor de investigación o por espalación . A menudo se utiliza un flujo de neutrones para iniciar la fisión de núcleos grandes inestables. Los neutrones adicionales pueden hacer que el núcleo se vuelva inestable, provocando que se desintegre (divida) para formar productos más estables. Este efecto es esencial en los reactores de fisión y las armas nucleares .
Dentro de un reactor de fisión nuclear, el flujo de neutrones es la principal cantidad medida para controlar la reacción interna. 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 disminuye hacia los bordes. Cuanto mayor sea el flujo de neutrones, mayor será la posibilidad de que se produzca una reacción nuclear, ya que hay más neutrones atravesando un área por unidad de tiempo.
La vasija de un reactor de una central nuclear típica ( PWR ) soporta en 40 años (32 años de reactor completo) de funcionamiento aproximadamente 6,5×10 19 cm −2 ( E > 1 MeV ) de fluencia de neutrones. [10] El flujo de neutrones hace que las vasijas de los reactores sufran fragilidad por neutrones .
