Forsinkede neutroner er neutroner , der udsendes af fissionsprodukter efter nogen tid (fra nogle få millisekunder til flere minutter) efter fissionsreaktionen af tunge kerner , i modsætning til prompte neutroner , der udsendes næsten øjeblikkeligt efter fissionen af en sammensat kerne . Forsinkede neutroner udgør mindre end 1% af de udsendte fissionsneutroner, men på trods af et så lavt udbytte spiller de en enorm rolle i atomreaktorer . På grund af den store forsinkelse øger sådanne neutroner signifikant (med 2 størrelsesordener eller mere) levetiden for neutroner på én generation i reaktoren og skaber derved muligheden for at styre en selvopretholdende fissionskædereaktion [1] . Forsinkede neutroner blev opdaget af Roberts og hans team i 1939 [2] .
Som et resultat af neutroners fission af tunge kerner dannes fissionsfragmenter i en exciteret tilstand, som gennemgår β - henfald . I meget sjældne tilfælde, i en kæde af sådanne β − -transformationer, dannes en kerne med en excitationsenergi , der overstiger neutronbindingsenergien i denne kerne. Sådanne kerner kan udsende neutroner, som kaldes forsinkede .
Emission af en forsinket neutron konkurrerer med gammastråling , men hvis kernen er stærkt overbelastet med neutroner, vil en neutron være mere tilbøjelig til at blive udsendt. Det betyder, at forsinkede neutroner udsendes af kerner, der er tættere på begyndelsen af henfaldskæder, da bindingsenergierne for neutroner i kerner er særligt lave der.
Kernen dannet ved emission af en forsinket neutron kan enten være i grundtilstand eller i exciteret tilstand. I sidstnævnte tilfælde fjernes excitationen ved gammastråling [1] .
Den sammensatte kerne (Z,N)* [3] kaldes normalt forløberen for forsinkede neutroner, og kernen (Z+1,N-1) kaldes emitteren af forsinkede neutroner.
Den udsendende kerne udsender en neutron næsten øjeblikkeligt, men med en betydelig forsinkelse i forhold til tidspunktet for fission af den oprindelige kerne. Den gennemsnitlige forsinkelsestid falder praktisk talt sammen med den gennemsnitlige levetid for precursorkernen.
Forsinkede neutroner er normalt opdelt i flere (oftest 6) grupper afhængigt af forsinkelsestiden . Der er omkring 50 mulige forløberkerner, og brom- og jodisotoper spiller en væsentlig rolle i dette antal . Som regel udsendes neutroner af kerner med et antal neutroner, der er en større end de magiske tal (50 og 82), da værdierne af den gennemsnitlige bindingsenergi i sådanne kerner er særligt små [1] .
Energien af forsinkede neutroner (ca. 0,5 MeV i gennemsnit ) er flere gange mindre end den gennemsnitlige energi for prompte neutroner (ca. 2 MeV) [1] .
Den værdi, der karakteriserer antallet af forsinkede neutroner i forhold til prompte neutroner produceret under henfaldet af en given type kerne, kaldes fraktionen af forsinkede neutroner ( β ). Denne værdi er fuldstændig bestemt af spaltningskernen og er i energiområdet fra 0,025 eV til 14 MeV praktisk talt uafhængig af energien fra de fissionsfremkaldende neutroner. For alle kerner er værdien af β mindre end 1 % [1] .
Tabellen viser hovedkarakteristikaene for forsinkede neutroner for nogle kerner og viser nogle af de mulige forstadier til 235 U fissionstilfældet [1] [4] :
| Gruppenummer | Forsinkelsestid, s | Gennemsnitlig energi, MeV | Mulige forløberkerner | Halveringstid af precursorkerner, T 1/2 , s | Fraktion af forsinkede neutroner, β i | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 235 U | 239 Pu | 233 U | 235 U | 239 Pu | 233 U | ||||
| en | 54-56 | 0,25 | 87Br , 142Cs _ _ | 55,72 | 54,28 | 55 | 0,00021 | 0,000072 | 0,000224 |
| 2 | 21-23 | 0,56 | 137I , 88Br , 136Te _ _ _ | 22,72 | 23.04 | 20.57 | 0,00140 | 0,000626 | 0,000776 |
| 3 | 5-6 | 0,43 | 138I , 89Br _ _ | 6.22 | 5,60 | 5,0 | 0,00126 | 0,000444 | 0,000654 |
| fire | 1,9-2,3 | 0,62 | 139 I , 94 Kr , 143 Xe , 144 Xe | 2.30 | 2.13 | 2.13 | 0,00252 | 0,000685 | 0,000725 |
| 5 | 0,5-0,6 | 0,42 | Eventuelle kortlivede kerner af fissionsprodukt | 0,61 | 0,62 | 0,62 | 0,00074 | 0,000180 | 0,000134 |
| 6 | 0,17-0,27 | — | 0,23 | 0,26 | 0,28 | 0,00027 | 0,000093 | 0,000087 | |
| β = ∑β i | 0,0064 | 0,0021 | 0,0026 | ||||||