Captarea neutronilor

Tabel cu nuclee care prezintă valorile secțiunii transversale de captare a neutronilor termici .

Captarea neutronilor este un tip de reacție nucleară în care un nucleu atomic captează unul sau mai mulți neutroni , fuzionând cu acesta pentru a forma un nucleu mai greu. ^[1] Deoarece neutronii nu au sarcină electrică, aceștia pot intra mai ușor într-un nucleu decât protonii încărcați pozitiv, care sunt respinși electrostatic . ^[1]

Captarea neutronilor joacă un rol important în nucleosinteza stelară a elementelor grele. În stele se poate desfășura în două moduri: ca proces rapid sau ca proces lent . ^[1] Nucleii cu mase mai mari de 56 nu se pot forma prin reacții termonucleare (adică prin fuziune nucleară ), ci prin captarea neutronilor. ^[1]

Captură unică

Schema de ^descompunere de ¹⁹⁸ Au

În prezența unui flux de neutroni scăzut, cum ar fi într-un reactor nuclear , fiecare nucleu captează cel mult un neutron. De exemplu, când aurul natural ( ¹⁹⁷ Au) este iradiat de neutroni, izotopul ¹⁹⁸ Au se formează într-o stare extrem de excitată, care apoi se descompune rapid la starea fundamentală de ¹⁹⁸ Au prin emisia de raze γ . În acest proces, numărul masei crește cu unul. În ceea ce privește formula, aceasta este scrisă ca ¹⁹⁷ Au + n → ¹⁹⁸ Au + γ, sau în formă scurtă ¹⁹⁷ Au (n, γ) ¹⁹⁸ Au. Dacă se utilizează neutroni termici , procesul se numește captare termică.

Izotopul ¹⁹⁸ Au este un emițător beta care se descompune în izotopul mercurului ¹⁹⁸ Hg. În acest proces, numărul atomic crește cu unul.

Captură multiplă

Când fluxul de neutroni este foarte mare, este posibil ca un nucleu să fie capabil să capteze mai mult de un neutron înainte de a se descompune (și apoi, în cazul respectiv, să fie supus unei noi capturi): acest proces de captare multiplă a fost numit procesul r (rapid) . Cu toate acestea, se vorbește despre fluxuri atât de mari încât captarea multiplă are loc numai în explozii stelare (novae, superne). Prin urmare, numărul masei crește cu o cantitate mare în timp ce numărul atomic (adică elementul) rămâne același. Abia după aceea, nucleii foarte instabili se degradează prin multe decaderi β ^- în nuclei stabili sau instabili cu număr atomic ridicat.

Secțiunea Capture

Secțiunea transversală (sau secțiunea transversală) ^[2] izotopul neutronic al unui element chimic este zona efectivă a secțiunii transversale pe care atomul unui izotop prezintă absorbție și este o măsură a probabilității de captare a neutronilor. Se măsoară de obicei în hambar (b).

Secțiunea transversală de absorbție este adesea foarte dependentă de energia neutronică. Două dintre cele două măsuri cele mai frecvent specificate sunt secțiunea transversală pentru absorbția neutronică termică și integrala de rezonanță care ia în considerare contribuția vârfurilor de absorbție ale anumitor energii neutronice specifice unui anumit nuclid , de obicei peste intervalul termic, dar întâlnite ca fiind nucleare moderarea încetinește neutronul în comparație cu o energie originală ridicată.

Energia termică a miezului are, de asemenea, un efect; pe măsură ce temperaturile cresc, lărgirea Doppler crește șansa de a surprinde un vârf de rezonanță. În special, creșterea capacității „ uraniului-238 de a absorbi neutronii la temperaturi mai ridicate (și de a face acest lucru fără a declanșa o fisiune) este un mecanism de feedback ( feedback negativ ) care ajută la menținerea reactoarelor nucleare sub control.

Utilizare în analiza chimică

Același subiect în detaliu: Activarea neutronilor și Analiza activării neutronilor .

Analiza activării neutronilor poate fi utilizată pentru a descoperi de la distanță compoziția chimică a materialelor. Acest lucru se datorează faptului că diferite elemente eliberează radiații caracteristice diferite atunci când absorb neutroni. Acest lucru îl face util în multe domenii legate de explorare și siguranța minieră.

Absorbanți de neutroni

Această intrare sau secțiune despre chimia nucleară nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Același subiect în detaliu: otravă cu neutroni .

Absorbanții de neutroni care își îndeplinesc cel mai bine funcția sunt izotopii radioactivi ai elementelor care le cresc stabilitatea prin absorbția unui neutron . Un exemplu în acest sens este xenon-135 (timpul de înjumătățire aproximativ 9,1 ore), care absoarbe un neutron pentru a da naștere izotopului stabil xenon-136. Xenonul-135 se formează printr-o reacție nucleară în lanț în reactoarele nucleare pornind de la divizarea uraniului-235 , uraniului-233 sau plutoniului-239 , care produc o anumită cantitate de iod-135 . Iodul-135 suferă aproape instantaneu dezintegrare radioactivă , emițând o particulă β (având un timp de înjumătățire destul de scurt), producând la rândul său xenon-135. Acumularea de xenon-135 în reactoarele nucleare poate duce la otrăvirea cu xenon , rezultând o deteriorare a funcționalității reactoarelor.

Secțiunea transversală a neutronilor de bor (curba superioară este pentru ¹⁰ B și curba inferioară pentru ¹¹ B)

Cel mai important absorbant de neutroni este ¹⁰ bor ca ¹⁰ B ₄ C în tijele de control sau acidul boric ca aditiv pentru răcirea apei în reactoarele nucleare cu apă sub presiune . Alți absorbanți importanți de neutroni care sunt utilizați în reactoarele nucleare sunt cadmiul , hafniul , gadoliniu , cobalt , samariu , titan , disproziu , erbiu , europiu , molibden și itterbiu ; ^[3] toate acestea constând de obicei din amestecuri de izotopi diferiți - dintre care unii sunt excelenți absorbanți de neutroni. Acești izotopi apar și în combinații precum Mo ₂ B ₅ , diborură de hafniu , diborură de titan , titanat de disproziu și titanat de gadolinium .

Hafnium , unul dintre ultimele elemente stabile care a fost descoperit, prezintă un caz interesant. Deși hafniul este un element mai greu, configurația sa de electroni îl face practic identic cu elementul de zirconiu și se găsesc întotdeauna în aceleași depozite. Cu toate acestea, proprietățile lor nucleare sunt profund diferite. Hafnium absoarbe cu nerăbdare neutroni (Hf absoarbe de 600 de ori mai mult decât Zr) și poate fi utilizat în tije de control , în timp ce zirconiul natural este practic transparent față de neutroni. Prin urmare, zirconiul este un material de construcție foarte de dorit pentru părțile interne ale reactoarelor, inclusiv acoperirea metalică a celor două tije de combustibil care conțin fie uraniu, plutoniu, fie oxizi mixți ai celor două elemente ( combustibil MOX ).

În consecință, este destul de important să puteți separa zirconiul de hafniu în aliajul lor natural. Acest lucru se face gratuit doar prin utilizarea rășinilor chimice moderne cu schimb de ioni . ^[4] Rășini similare sunt folosite și în reprocesarea tijelor de combustibil nuclear , atunci când este necesar să se separe uraniul și plutoniul și, uneori, toriul .

Notă

Elemente conexe

• Decăderea beta
• Neutron
• Fizica particulelor)
• Procesul P (captarea protonilor)
• Radioactivitate
• Raze: α - β - γ - δ - ε

linkuri externe

• ( RO ) Date de captare a neutronilor termici

Portalul chimiei

Portalul de fizică