En ingeniería nuclear , un neutrón inmediato es un neutrón emitido inmediatamente ( emisión de neutrones ) por un evento de fisión nuclear , a diferencia de una desintegración de neutrones retardada que puede ocurrir dentro del mismo contexto, emitida después de la desintegración beta de uno de los productos de fisión en cualquier momento desde unos pocos milisegundos hasta unos minutos más tarde.
Los neutrones rápidos emergen de la fisión de un núcleo pesado fisionable o fisible inestable casi instantáneamente. Existen diferentes definiciones de cuánto tiempo tarda un neutrón rápido en emerger. Por ejemplo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos define un neutrón rápido como un neutrón nacido de la fisión dentro de los 10 −13 segundos posteriores al evento de fisión. [1] La Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos define un neutrón rápido como un neutrón que emerge de la fisión dentro de los 10 −14 segundos. [2] Esta emisión está controlada por la fuerza nuclear y es extremadamente rápida. Por el contrario, los llamados neutrones retardados se retrasan por el retraso de tiempo asociado con la desintegración beta (mediada por la fuerza débil ) hasta el nucleido excitado precursor, después de lo cual la emisión de neutrones ocurre en una escala de tiempo rápida (es decir, casi inmediatamente).
Si tomamos como ejemplo el uranio-235 , este núcleo absorbe un neutrón térmico y los productos de masa inmediatos de un evento de fisión son dos grandes fragmentos de fisión, que son restos del núcleo de uranio-236 formado. Estos fragmentos emiten dos o tres neutrones libres (2,5 en promedio), llamados neutrones inmediatos . Un fragmento de fisión posterior ocasionalmente experimenta una etapa de desintegración radiactiva que produce un neutrón adicional, llamado neutrón retardado . Estos fragmentos de fisión que emiten neutrones se denominan átomos precursores de neutrones retardados .
Los neutrones retardados están asociados con la desintegración beta de los productos de fisión. Después de la emisión rápida de neutrones de fisión, los fragmentos residuales siguen siendo ricos en neutrones y experimentan una cadena de desintegración beta. Cuanto más rico en neutrones sea el fragmento, más enérgica y rápida será la desintegración beta. En algunos casos, la energía disponible en la desintegración beta es lo suficientemente alta como para dejar el núcleo residual en un estado de excitación tan intenso que se produce la emisión de neutrones en lugar de la emisión gamma .
La desviación estándar de la distribución final de energía cinética en función de la masa de los fragmentos finales de la fisión de baja energía del uranio 234 y uranio 236 presenta un pico alrededor de la región de masas de los fragmentos ligeros y otro en la región de masas de los fragmentos pesados. La simulación por el método de Monte Carlo de estos experimentos sugiere que esos picos son producidos por la emisión de neutrones inmediatos. [5] [6] [7] [8] Este efecto de la emisión de neutrones inmediatos no proporciona una distribución cinética y de masa primaria que es importante para estudiar la dinámica de la fisión desde el punto de silla hasta el punto de escisión.
Si un reactor nuclear se encontrara en estado crítico de inmediato , aunque fuera mínimamente, el número de neutrones y la potencia de salida aumentarían exponencialmente a un ritmo elevado. El tiempo de respuesta de los sistemas mecánicos, como las barras de control, es demasiado lento para moderar este tipo de aumento de potencia. El control del aumento de potencia quedaría en manos de sus factores de estabilidad física intrínsecos, como la dilatación térmica del núcleo o el aumento de la absorción de resonancia de los neutrones, que suelen tender a reducir la reactividad del reactor cuando aumenta la temperatura; pero el reactor correría el riesgo de resultar dañado o destruido por el calor.
Sin embargo, gracias a los neutrones retardados, es posible dejar el reactor en un estado subcrítico en lo que respecta únicamente a los neutrones inmediatos: los neutrones retardados llegan un momento después, justo a tiempo para sostener la reacción en cadena cuando está a punto de extinguirse. En ese régimen, la producción de neutrones en general sigue creciendo exponencialmente, pero en una escala de tiempo que está regida por la producción de neutrones retardados, que es lo suficientemente lenta como para ser controlada (de la misma manera que una bicicleta que de otro modo sería inestable puede equilibrarse porque los reflejos humanos son lo suficientemente rápidos en la escala de tiempo de su inestabilidad). Por lo tanto, al ampliar los márgenes de no operación y supercriticidad y permitir más tiempo para regular el reactor, los neutrones retardados son esenciales para la seguridad inherente del reactor e incluso en reactores que requieren un control activo.
El factor β se define como:
y es igual a 0,0064 para U-235.
La fracción de neutrones retardados (DNF) se define como:
Estos dos factores, β y DNF , no son lo mismo en caso de un cambio rápido en el número de neutrones en el reactor.
Otro concepto es la fracción efectiva de neutrones retardados , que es la fracción de neutrones retardados ponderada (sobre el espacio, la energía y el ángulo) en el flujo de neutrones adjunto. Este concepto surge porque los neutrones retardados se emiten con un espectro de energía más termalizado en relación con los neutrones inmediatos. Para el combustible de uranio poco enriquecido que funciona en un espectro de neutrones térmicos, la diferencia entre las fracciones de neutrones retardados promedio y efectiva puede alcanzar 50 pcm (1 pcm = 1e-5). [9]
