Fluxul de neutroni

Un flux de neutroni desemnează o densitate de neutroni având aceeași viteză, înmulțită cu această viteză ^[1] . Se măsoară în m ^-2 · s ^-1 . Unitatea practică este neutronul pe centimetru pătrat și pe secundă, n cm ^-2 s ^-1 .

Probabilitatea interacțiunii unui neutron variază în funcție de viteza acestuia. De exemplu, un neutron lent are șanse mult mai mari de a provoca o reacție de fisiune nucleară decât un neutron rapid. Acesta este motivul pentru care, în neutronică, suntem interesați de populațiile de neutroni cu aceeași viteză.

Definiție: flux de neutroni unghiular și flux de neutroni scalari

Debitul unghiular

$\psi ({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)=vn({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)$ ${\ displaystyle \ psi ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) = vn ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t )}}$ ${\ displaystyle \ psi ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) = vn ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t )}}$

Fluxul unghiular măsoară un număr de particule pe unitate de suprafață și timp și, prin urmare, are unități de măsură n / (cm² ⋅ s), unde n este exact numărul de particule. Termenul $n({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)$ ${\ displaystyle n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t)}$ ${\ displaystyle n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t)}$ indică densitatea unghiulară de neutroni.

Flux scalar

$\phi ({\vec {r}},E,t)=\int _{4\pi }d{\vec {\Omega }}\psi ({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)$ ${\ displaystyle \ phi ({\ vec {r}}, E, t) = \ int _ {4 \ pi} d {\ vec {\ Omega}} \ psi ({\ vec {r}}, E, { \ vec {\ Omega}}, t)}$ ${\ displaystyle \ phi ({\ vec {r}}, E, t) = \ int _ {4 \ pi} d {\ vec {\ Omega}} \ psi ({\ vec {r}}, E, { \ vec {\ Omega}}, t)}$

Fluxul scalar măsoară un număr de particule pe unitate de suprafață și timp și, prin urmare, are o unitate de măsură n / (cm² ⋅ s), deci complet analogă cu cea a fluxului de neutroni unghiular.

Cu toate acestea, putem înțelege că diferența dintre debitul unghiular și fluxul scalar este că primul are în vedere numai particulele a căror mișcare are loc de-a lungul direcției descrise de unghiul solid ${\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ în timp ce a doua se referă la toate direcțiile posibile.

În cele din urmă, este util să rețineți că ambele definiții raportate se referă doar la acei neutroni caracterizați de o anumită valoare a energiei cinetice $ȘI$ ${\ displaystyle E}$ $ȘI$ . Dacă aceasta la o primă lectură ar putea părea întotdeauna o paradigmă de clasificare prea strictă, se dovedește a fi de o importanță fundamentală în studiul câmpurilor de neutroni, deoarece pe baza energiei cinetice comportamentul neutronilor în interacțiunea cu materia se schimbă drastic. Prin urmare, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, nu ar avea sens să se ia în considerare un flux multienergetic, deoarece nu toate particulele care îl constituie ar avea același comportament.

Cel mai izbitor exemplu al acestui aspect poate fi găsit în studiul câmpurilor de neutroni din miezul unui reactor de fisiune, unde este necesar să știm că, în principiu, cu cât un neutron este mai puțin energic, cu atât este mai înclinat să declanșeze reacții de fisiune cu atomii de combustibil. În consecință, sub ipoteze extrem de simplificate, studiul vitezei de reacție din interiorul reactorului ar putea fi limitat doar la studiul fluxului de neutroni corespunzător valorilor energetice care sunt mai susceptibile de a declanșa fisiuni.

Ordinea mărimii fluxurilor de neutroni

Un ansamblu critic are un flux de neutroni slab, de ordinul $10^{6}$ ${\ displaystyle 10 ^ {6}}$ ${\ displaystyle 10 ^ {6}}$ a × 10 ⁸ n cm-2 s ^-1 . Aceste fluxuri corespund unei puteri de ordinul câtorva wați, care poate fi disipată prin convecție naturală.

Reactoarele de cercetare „la rece” cu flux înalt, de tipul piscinei, au un flux de neutroni de ordinul × 10 ¹³ n · cm ² · s ^-1 , comparabil cu cel al unui reactor de putere.

Fluxul de neutroni într-un reactor este de ordinul × 10 ¹² n cm ^-2 s ^-1 în neutroni rapidi ^[2] și de ordinul × 10 ¹⁴ n cm ^-2 s ^-1 în neutroni termici.

Alte cantități de neutroni

Densitatea unghiulară

$n({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)$ ${\ displaystyle n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t)}$ ${\ displaystyle n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t)}$

Densitatea neutronului unghiular $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ desemnează un număr de neutroni din volum $d^{3}{\vec {r}}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {r}}}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {r}}}$ în jurul ${\vec {r}}$ ${\ displaystyle {\ vec {r}}}$ ${\ vec {r}}$ de energie $ȘI$ ${\ displaystyle E}$ $ȘI$ a cărei viteză punctează urmând unghiul solid ${\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ la $d^{3}{\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {\ Omega}}}$ aproape de instant $t$ ${\ displaystyle t}$ $t$ .

Densitatea scalară

$\rho ({\vec {r}},E,t)=\int _{4\pi }n({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)d{\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle \ rho ({\ vec {r}}, E, t) = \ int _ {4 \ pi} n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) d {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle \ rho ({\ vec {r}}, E, t) = \ int _ {4 \ pi} n ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) d {\ vec {\ Omega}}}$

Desemnează un număr de neutroni din volum $d^{3}{\vec {r}}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {r}}}$ ${\ displaystyle d ^ {3} {\ vec {r}}}$ în jurul ${\vec {r}}$ ${\ displaystyle {\ vec {r}}}$ ${\ vec {r}}$ de energie $ȘI$ ${\ displaystyle E}$ $ȘI$ aproape de instant $t$ ${\ displaystyle t}$ $t$ a cărei viteză indică în orice direcție a spațiului. Acest lucru poate fi indicat și prin scrisoare $Nu.$ ${\ displaystyle N}$ $Nu.$ in loc de $\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ .

Curent de neutroni

${\vec {J}}({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t)=\int _{4\pi }\psi ({\vec {r}},E,{\vec {\Omega }},t){\vec {\Omega }}d{\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle {\ vec {J}} ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) = \ int _ {4 \ pi} \ psi ({\ vec {r} }, E, {\ vec {\ Omega}}, t) {\ vec {\ Omega}} d {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {J}} ({\ vec {r}}, E, {\ vec {\ Omega}}, t) = \ int _ {4 \ pi} \ psi ({\ vec {r} }, E, {\ vec {\ Omega}}, t) {\ vec {\ Omega}} d {\ vec {\ Omega}}}$

Exprimă numărul de neutroni, cu energie $ȘI$ ${\ displaystyle E}$ $ȘI$ , care trec printr-un element de suprafață $d LA$ ${\ displaystyle dA}$ $din$ de normal ${\vec {\Omega }}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}}}$ centrat în ${\vec {r}}$ ${\ displaystyle {\ vec {r}}}$ ${\ vec {r}}$ în unitatea de timp $t$ ${\ displaystyle t}$ $t$ .

Împreună cu fluxul scalar, curentul de neutroni este cantitatea cea mai utilizată în studiul câmpurilor de neutroni. Aceasta este echivalentă din punct de vedere dimensional cu fluxul scalar, cu excepția faptului că este o mărime vectorială.

Notă

^ Rudi JJ Stamm'ler, Máximo Julio Abbate, Methods of steady-state reactor physics in nuclear design , 1983. ISBN 0-12-663320-7
^ Determinarea fluxului de neutroni și a radiației Γ în nucleul reactoarelor de funcționare și de închidere utilizând ochelari de cuarț și monitoare de elemente , pe cat.inist.fr . Adus la 8 septembrie 2012 (arhivat din original la 11 iunie 2015) .

linkuri externe

( EN ) Flux de neutroni , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] Rudi JJ Stamm'ler, Máximo Julio Abbate, Methods of steady-state reactor physics in nuclear design , 1983. ISBN 0-12-663320-7

[2] Determinarea fluxului de neutroni și a radiației Γ în nucleul reactoarelor de funcționare și de închidere utilizând ochelari de cuarț și monitoare de elemente , pe cat.inist.fr . Adus la 8 septembrie 2012 (arhivat din original la 11 iunie 2015) .

[1]

[2]