En ingeniería nuclear , un neutrón rápido es un neutrón emitido inmediatamente ( emisión de neutrones ) por un evento de fisión nuclear , a diferencia de una desintegración retardada de neutrones que puede ocurrir dentro del mismo contexto, emitida después de la desintegración beta de uno de los productos de fisión en cualquier momento de un unos milisegundos a unos minutos más tarde.
Los neutrones rápidos emergen de la fisión de un núcleo pesado fisionable inestable o fisionable casi instantáneamente. Existen diferentes definiciones sobre cuánto tiempo tarda en emerger un neutrón rápido. Por ejemplo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos define un neutrón rápido como un neutrón nacido de una fisión dentro de los 10 -13 segundos posteriores al evento de fisión. [1] La Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. define un neutrón rápido como un neutrón que emerge de la fisión en 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 asociado con la desintegración beta (mediada por la fuerza débil ) hasta el nucleido excitado precursor, después del cual la emisión de neutrones ocurre en una escala de tiempo rápida (es decir, casi inmediatamente).
Usando el uranio-235 como ejemplo, 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 de media), llamados neutrones rápidos . Un fragmento de fisión posterior ocasionalmente sufre una etapa de desintegración radiactiva que produce un neutrón adicional, llamado neutrón retardado . Estos fragmentos de fisión emisores de neutrones se denominan átomos precursores de neutrones retardados .
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 .
La desviación estándar de la distribución de energía cinética final en función de la masa de los fragmentos finales de fisión de baja energía de uranio 234 y uranio 236, presenta un pico alrededor de la región de masas de fragmentos ligeros y otro en la región de masas de fragmentos pesados. La simulación mediante el método Monte Carlo de estos experimentos sugiere que esos picos se producen por una rápida emisión de neutrones. [5] [6] [7] [8] Este efecto de la emisión inmediata de neutrones no proporciona una masa primaria ni una distribución cinética que sea importante para estudiar la dinámica de fisión desde la silla hasta el punto de escisión.
Si un reactor nuclear se volviera rápidamente crítico (aunque sea ligeramente), el número de neutrones y la producción de energía 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 sobretensión. 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 e incluso en reactores que requieren control activo.
El factor 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 , 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 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 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]
