En ingeniería nuclear , un neutrón retardado es un neutrón emitido después de un evento de fisión nuclear , por uno de los productos de fisión (o en realidad, un producto de fisión hijo después de la desintegración beta), en cualquier momento desde unos pocos milisegundos hasta unos minutos después del evento de fisión. . Los neutrones que nacen entre 10 y 14 segundos después de la fisión se denominan "neutrones rápidos".
En un reactor nuclear, los grandes nucleidos se fisionan en dos productos de fisión ricos en neutrones (es decir, nucleidos inestables ) y neutrones libres (neutrones rápidos). Muchos de estos productos de fisión luego sufren desintegración radiactiva (generalmente desintegración beta) y los nucleidos resultantes son inestables con respecto a la desintegración beta . Una pequeña fracción de ellos está lo suficientemente excitada como para poder sufrir una desintegración beta emitiendo un neutrón retardado además del beta. El momento de la desintegración beta de los nucleidos precursores (que son los precursores de los neutrones retardados) ocurre órdenes de magnitud más tarde en comparación con la emisión de los neutrones rápidos . Por lo tanto, el neutrón que se origina a partir de la desintegración del precursor se denomina neutrón retardado. El "retraso" en la emisión de neutrones se debe al retraso en la desintegración beta (que es más lenta ya que está controlada por la fuerza débil ), ya que la emisión de neutrones, al igual que la emisión gamma, está controlada por la fuerza nuclear fuerte y, por lo tanto, ocurre en la fisión. o casi simultáneamente con la desintegración beta, inmediatamente después de ella. Las distintas vidas medias de estas desintegraciones que finalmente dan lugar a la emisión de neutrones son, por tanto, las vidas medias de desintegración beta de los radionucleidos precursores.
Los neutrones retardados desempeñan un papel importante en el control y el análisis de seguridad de los reactores nucleares .
Los neutrones retardados están asociados con la desintegración beta de los productos de fisión. Después de una rápida emisión de neutrones por fisión, los fragmentos residuales siguen siendo ricos en neutrones y sufren una cadena de desintegración beta. Cuanto más rico en neutrones sea el fragmento, más enérgica y más 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 tan excitado que se produce una emisión de neutrones en lugar de una emisión gamma .
Usando el U-235 como ejemplo, este núcleo absorbe neutrones térmicos , y los productos de masa inmediatos de un evento de fisión son dos grandes fragmentos de fisión, que son restos del núcleo de U-236 formado. Estos fragmentos emiten, de media, dos o tres neutrones libres (en promedio 2,47), denominados neutrones "rápidos" . Un fragmento de fisión posterior ocasionalmente pasa por una etapa de desintegración radiactiva (que es una desintegración beta menos ) que produce un nuevo núcleo (el núcleo emisor) en un estado excitado que emite un neutrón adicional, llamado neutrón "retardado", para llegar a la Tierra. estado. Estos fragmentos de fisión que emiten neutrones se denominan átomos precursores de neutrones retardados.
Datos de neutrones retardados para la fisión térmica en el U-235 [1] [2]
Si un reactor nuclear llegara a ser rápidamente crítico - aunque fuera muy ligeramente - el número de neutrones aumentaría exponencialmente a un ritmo elevado, y muy rápidamente el reactor se volvería incontrolable mediante mecanismos externos. El control del aumento de potencia quedaría entonces en manos de factores intrínsecos de estabilidad física, como la dilatación térmica del núcleo, o el aumento de las absorciones de resonancia de neutrones, que suelen tender a disminuir la reactividad del reactor cuando aumenta la temperatura; pero el reactor correría el riesgo de ser 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 rápidos: los neutrones retardados llegan un momento después, justo a tiempo para sostener la reacción en cadena cuando vaya a morir. afuera. En ese régimen, la producción de neutrones en general todavía crece exponencialmente, pero en una escala de tiempo que se rige por la producción retardada de neutrones, 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 bicicleta). escala temporal 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 , incluso en reactores que requieren control activo.
El menor porcentaje [3] de neutrones retardados hace que el uso de grandes porcentajes de plutonio en reactores nucleares sea más desafiante.
La fracción de rendimiento del precursor β se define como:
y es igual a 0,0064 para el U-235.
La fracción de neutrones retardados (DNF) se define como:
Estos dos factores, β y DNF , son casi lo mismo, pero no del todo; Se diferencian en el caso de un cambio rápido (más rápido que el tiempo de desintegración de los átomos precursores) en el número de neutrones en el reactor.
Otro concepto es la fracción efectiva de neutrones retardados β eff , que es la fracción de neutrones retardados ponderados (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 rápidos. 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 los 50 pcm . [4]
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