Neutronentemperatur – Wikipedia

Konzept in Bezug auf die kinetische Energie von Neutronen

Das Neutronendetektionstemperatur, auch genannt Neutronenenergiegibt die kinetische Energie eines freien Neutrons an, die normalerweise in Elektronenvolt angegeben wird. Der Begriff Temperatur wird verwendet, da heiße, thermische und kalte Neutronen in einem Medium mit einer bestimmten Temperatur moderiert werden. Die Neutronenenergieverteilung wird dann an die für die thermische Bewegung bekannte Maxwellsche Verteilung angepasst. Qualitativ ist die kinetische Energie der freien Neutronen umso höher, je höher die Temperatur ist. Der Impuls und die Wellenlänge des Neutrons hängen durch die De-Broglie-Beziehung zusammen. Die große Wellenlänge langsamer Neutronen ermöglicht den großen Querschnitt.^[1]

Neutronenenergieverteilungsbereiche[edit]

In anderen Quellen werden jedoch unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Namen beobachtet.^[4]

Das Folgende ist eine detaillierte Klassifizierung:

Thermal[edit]

EIN thermisches Neutron ist ein freies Neutron mit einer kinetischen Energie von ungefähr 0,025 eV (ungefähr 4,0 × 10)⁻²¹J oder 2,4 MJ / kg, daher eine Geschwindigkeit von 2,19 km / s), die bei einer Temperatur von 290 K (17 ° C oder 62 ° F) die wahrscheinlichste Energie ist, der Modus der Maxwell-Boltzmann-Verteilung für diese Temperatur .

Nach einer Reihe von Kollisionen mit Kernen (Streuung) in einem Medium (Neutronenmoderator) bei dieser Temperatur erreichen die nicht absorbierten Neutronen etwa dieses Energieniveau.

Thermische Neutronen haben für ein bestimmtes Nuklid einen anderen und manchmal viel größeren effektiven Neutronenabsorptionsquerschnitt als schnelle Neutronen und können daher häufig leichter von einem Atomkern absorbiert werden, wodurch ein schwereres, oft instabiles Isotop des chemischen Elements entsteht . Dieses Ereignis wird als Neutronenaktivierung bezeichnet.

Epithermal[edit]

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• Energie-Neutronen größer als thermisch
• Größer als 0,025 eV

Cadmium[edit]

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• Neutronen, die stark von Cadmium absorbiert werden
• Weniger als 0,5 eV.

Epicadmium[edit]

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• Neutronen, die von Cadmium nicht stark absorbiert werden
• Größer als 0,5 eV.

Langsam[edit]

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• Energie-Neutronen etwas größer als Epicadmium-Neutronen.
• Weniger als 1 bis 10 eV.

Resonanz[edit]

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• Bezieht sich auf Neutronen, die stark anfällig für das Einfangen ohne Spaltung durch U-238 sind.
• 1 eV bis 300 eV

Mittlere[edit]

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• Neutronen zwischen langsam und schnell
• Einige hundert eV bis 0,5 MeV.

Schnell[edit]

EIN schnelles Neutron ist ein freies Neutron mit einem kinetischen Energieniveau nahe 1 MeV (100 TJ / kg), also einer Geschwindigkeit von 14.000 km / s oder höher. Sie sind benannt schnell Neutronen, um sie von thermischen Neutronen mit niedrigerer Energie und Neutronen mit hoher Energie zu unterscheiden, die in kosmischen Duschen oder Beschleunigern erzeugt werden.

Schnelle Neutronen werden durch nukleare Prozesse erzeugt:

Schnelle Neutronen sind in einem stationären Kernreaktor normalerweise unerwünscht, da die meisten spaltbaren Brennstoffe eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit mit thermischen Neutronen aufweisen. Schnelle Neutronen können durch einen als Moderation bezeichneten Prozess schnell in thermische Neutronen umgewandelt werden. Dies geschieht durch zahlreiche Kollisionen mit (im Allgemeinen) sich langsamer bewegenden Partikeln und damit Partikeln mit niedrigerer Temperatur wie Atomkernen und anderen Neutronen. Diese Kollisionen beschleunigen im Allgemeinen das andere Teilchen und verlangsamen das Neutron und streuen es. Idealerweise wird für diesen Prozess ein Neutronenmoderator bei Raumtemperatur verwendet. In Reaktoren werden typischerweise schweres Wasser, leichtes Wasser oder Graphit verwendet, um Neutronen zu moderieren.

Ein Diagramm, das die Geschwindigkeitswahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Geschwindigkeiten einiger Edelgase bei einer Temperatur von 298,15 K (25 ° C) zeigt. Eine Erläuterung der Beschriftung der vertikalen Achse wird auf der Bildseite angezeigt (zum Anzeigen klicken). Ähnliche Geschwindigkeitsverteilungen werden für Neutronen bei Moderation erhalten.

Ultraschnell[edit]

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• Relativistisch
• Mehr als 20 MeV

Andere Klassifikationen[edit]

Stapel

• Neutronen aller in Kernreaktoren vorhandenen Energien
• 0,001 eV bis 15 MeV.

Ultrakalt

• Neutronen mit ausreichend niedriger Energie, um reflektiert und eingefangen zu werden
• Obergrenze von 335 neV

Schneller Neutronenreaktor und thermischer Neutronenreaktor im Vergleich[edit]

Die meisten Spaltreaktoren sind thermische Neutronenreaktoren, die einen Neutronenmoderator zum Verlangsamen verwenden (“thermisieren“) die durch Kernspaltung erzeugten Neutronen. Mäßigung erhöht den Spaltquerschnitt für spaltbare Kerne wie Uran-235 oder Plutonium-239 erheblich. Zusätzlich hat Uran-238 einen viel geringeren Einfangquerschnitt für thermische Neutronen, wodurch mehr Neutronen zugelassen werden Spaltung spaltbarer Kerne verursachen und die Kettenreaktion verbreiten, anstatt von erfasst zu werden ²³⁸U. Die Kombination dieser Effekte ermöglicht es Leichtwasserreaktoren, schwach angereichertes Uran zu verwenden. Schwerwasserreaktoren und mit Graphit moderierte Reaktoren können sogar natürliches Uran verwenden, da diese Moderatoren viel geringere Neutroneneinfangquerschnitte aufweisen als leichtes Wasser.^[6]

Ein Anstieg der Brennstofftemperatur erhöht auch die Absorption von thermischen Neutronen durch U-238 durch Doppler-Verbreiterung und liefert eine negative Rückkopplung, um die Steuerung des Reaktors zu unterstützen. Wenn das Kühlmittel eine Flüssigkeit ist, die ebenfalls zur Mäßigung und Absorption beiträgt (leichtes oder schweres Wasser), verringert das Kochen des Kühlmittels die Moderatordichte, was zu einer positiven oder negativen Rückkopplung (einem positiven oder negativen Hohlraumkoeffizienten) führen kann, je nachdem, ob Der Reaktor ist unter- oder übermäßig.

Neutronen mit mittlerer Energie haben für die meisten Brennstoffe schlechtere Spalt / Einfang-Verhältnisse als schnelle oder thermische Neutronen. Eine Ausnahme bildet das Uran-233 des Thoriumzyklus, das bei allen Neutronenenergien ein gutes Spalt / Einfang-Verhältnis aufweist.

Schnelle Neutronenreaktoren verwenden nicht moderierte schnelle Neutronen, um die Reaktion aufrechtzuerhalten, und erfordern, dass der Brennstoff eine höhere Konzentration an spaltbarem Material enthält als fruchtbares Material U-238. Schnelle Neutronen haben jedoch für viele Nuklide ein besseres Spalt / Einfang-Verhältnis, und jede schnelle Spaltung setzt eine größere Anzahl von Neutronen frei, sodass ein schneller Brutreaktor möglicherweise mehr spaltbaren Brennstoff “züchten” kann, als er verbraucht.

Eine schnelle Reaktorsteuerung kann nicht nur von der Doppler-Verbreiterung oder vom negativen Hohlraumkoeffizienten eines Moderators abhängen. Die Wärmeausdehnung des Kraftstoffs selbst kann jedoch zu einer schnellen negativen Rückkopplung führen. Die schnelle Reaktorentwicklung, die in den Jahrzehnten seit dem Unfall von Tschernobyl aufgrund der niedrigen Preise auf dem Uranmarkt nur in wenigen Jahrzehnten gebaut wurde, dürfte aufgrund der niedrigen Preise auf dem Uranmarkt fast ruhen, obwohl es jetzt eine Wiederbelebung mit mehreren asiatischen Ländern gibt In den nächsten Jahren sollen größere Prototypen schneller Reaktoren fertiggestellt werden.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]