中性子温度

中性子検出温度は中性子エネルギーとも呼ばれ、自由中性子の運動エネルギーを示し、通常は電子ボルトで表されます。高温中性子、熱中性子、冷中性子は特定の温度の媒体で減速されるため、温度という用語が使用されています。中性子エネルギー分布は、熱運動で知られるマクスウェル分布に適合します。定性的には、温度が高いほど、自由中性子の運動エネルギーが高くなります。中性子の運動量と波長は、ド・ブロイの関係で結びついています。低速中性子の長い波長により、断面積が大きくなります。^[1]

しかし、他の資料では異なる名前を持つ異なる範囲が観察されています。^[4]

詳細な分類は次のとおりです。

熱中性子は、運動エネルギーが約 0.025 eV (約 4.0×10 ⁻²¹ Jまたは 2.4 MJ/kg、したがって速度 2.19 km/s) の自由中性子です。これは、温度 290 K (17 °C または 62 °F) での最確速度に対応するエネルギーであり、この温度でのマクスウェル・ボルツマン分布のモード、E_ピーク= k T です。

この温度で媒体（中性子減速材）内で原子核と数回衝突（散乱）した後、吸収されなかった 中性子はこのエネルギーレベル付近に到達します。

熱中性子は、特定の核種に対して高速中性子とは異なる、場合によってははるかに大きい有効中性子吸収 断面積を持ち、そのため原子核により容易に吸収され、その結果、より重く、多くの場合不安定な化学元素の同位体が生成されます。この現象は中性子活性化と呼ばれます。

^{[例が必要]}

• 熱エネルギーよりも大きいエネルギーの中性子
• 0.025 eVより大きい

^{[例が必要]}

• カドミウムに強く吸収される中性子
• 0.5 eV未満。

^{[例が必要]}

• カドミウムに強く吸収されない中性子
• 0.5 eVより大きい。

^{[例が必要]}

• 熱中性子よりも低い（はるかに低い）エネルギーの中性子。
• 5 meV未満。

冷（低速）中性子は冷（CN）、極冷（VCN）、極冷（UCN）中性子に分類され、それぞれ物質との光学的相互作用に関して特定の特性を持っています。波長が長くなるほど（長くなるように選択）、運動量交換の値が小さくなります。したがって、より大きなスケールとより遅いダイナミクスを研究することができます。UCNの場合、重力も非常に重要な役割を果たします。それにもかかわらず、UCNはすべての入射角で反射します。これは、その運動量が物質の光学的ポテンシャルに匹敵するためです。この効果は、それらをボトルに保存し、その基本的な特性を研究するために使用されます^{[5] [6]}たとえば、寿命、中性子の電気双極子モーメントなど...低速中性子の使用の主な制限は、低フラックスと効率的な光学デバイスの欠如です（CNとVCNの場合）。この不足を補うために、効率的な中性子光学コンポーネントが開発され、最適化されています。^[7]

^{[例が必要]}

• U-238による非核分裂捕獲の影響を強く受けやすい中性子を指します。
• 1 eVから300 eV

^{[例が必要]}

• 遅い中性子と速い中性子の中間に位置する中性子
• 数百eVから0.5MeVまで。

高速中性子は、運動エネルギーレベルが 1  M eV (100  T J / kg ) に近い自由中性子であり、速度は 14,000 km/ s以上です。高速中性子は、低エネルギーの熱中性子や、宇宙シャワーや加速器で生成される高エネルギー中性子と区別するために高速 中性子と呼ばれています。

高速中性子は核プロセスによって生成されます。

• 核分裂は平均エネルギー2MeV（200TJ/kg、すなわち20,000km/s）の中性​​子を生成し、これは「高速」とみなされる。しかし、核分裂による中性子の範囲は、崩壊の運動量フレームの中心で0から約14MeVまでのマクスウェル・ボルツマン分布に従い、エネルギーのモードはわずか0.75MeVであるため、1MeVの基準でも「高速」とみなされる核分裂中性子は半分以下である。^[8]
• 自発核分裂は、一部の重い核種の放射性崩壊のモードです。例としては、プルトニウム 240やカリホルニウム 252などがあります。
• 核融合：重水素-三重水素核融合により、14.1 MeV（1400 TJ/kg、すなわち52,000 km/s、光速の17.3%）の中性子が生成され、ウラン238やその他の非核分裂性 アクチニドを容易に核分裂させることができます。
• 中性子放出は、原子核に十分な余剰中性子が含まれており、1 つ以上の中性子の分離エネルギーが負になる (つまり、余剰中性子が原子核から「滴り落ちる」) 状況で発生します。この種の不安定な原子核は、多くの場合、1 秒未満で崩壊します。

高速中性子は通常、定常原子炉では望ましくありません。これは、ほとんどの核分裂性燃料が熱中性子との反応率が高いためです。高速中性子は、減速と呼ばれるプロセスによって急速に熱中性子に変化します。これは、原子核や他の中性子など、（一般的に）動きが遅く、したがって温度が低い粒子との多数の衝突によって行われます。これらの衝突により、通常、他の粒子の速度が上がり、中性子の速度が下がり、散乱します。理想的には、このプロセスには室温の中性子減速材が使用されます。原子炉では、中性子を減速させるために、通常、重水、軽水、またはグラファイトが使用されます。

^{[例が必要]}

• 相対主義的
• 20MeV以上

パイル

• 原子炉に存在するあらゆるエネルギーの中性子
• 0.001 eV から 15 MeV まで。

超低温

• 反射されて閉じ込められるほどエネルギーが低い中性子
• 上限は335neV

ほとんどの核分裂炉は、核分裂によって生成された中性子を減速（「熱化」）するために中性子減速材を使用する熱中性子炉です。減速により、ウラン235やプルトニウム239などの核分裂性核種の核分裂断面積が大幅に増加します。さらに、ウラン238は熱中性子の捕獲断面積がはるかに低いため、より多くの中性子が²³⁸ Uに捕獲されるのではなく、核分裂性核種の核分裂を引き起こして連鎖反応を伝播させることができます。これらの効果の組み合わせにより、軽水炉は低濃縮ウランを使用できます。重水炉と黒鉛減速炉は、これらの減速材の中性子捕獲断面積が軽水よりもはるかに低いため、天然ウランを使用することもできます。 ^[9]

燃料温度の上昇は、ドップラー広がりによるウラン238の熱中性子吸収も増加させ、原子炉の制御に役立つ負のフィードバックを提供します。冷却材が減速と吸収にも寄与する液体（軽水または重水）である場合、冷却材の沸騰により減速材の密度が低下し、原子炉の減速不足または減速過剰に応じて 正または負のフィードバック（正または負のボイド係数）を提供できます。

中エネルギー中性子は、ほとんどの燃料において、高速中性子や熱中性子よりも核分裂/捕獲比が低くなります。例外はトリウムサイクルのウラン 233で、これはすべての中性子エネルギーで良好な核分裂/捕獲比を示します。

高速中性子炉は、反応を維持するために減速されていない高速中性子を使用し、燃料には核分裂性物質(ウラン 238)よりも高い濃度が必要です。ただし、高速中性子は多くの核種に対して核分裂/捕獲比が高く、高速核分裂ごとにより多くの中性子が放出されるため、高速増殖炉は消費するよりも多くの核分裂性燃料を「増殖」する可能性があります。

高速炉の制御は、ドップラー広がりや減速材の負のボイド係数だけに頼ることはできません。しかし、燃料自体の熱膨張は、迅速な負のフィードバックを提供できます。高速炉の開発は、常に将来の波として期待されていますが、ウラン市場の価格低下により、チェルノブイリ事故以来数十年間に建設された原子炉はほんの一握りしかなく、ほぼ休止状態にあります。しかし、現在では、いくつかのアジア諸国が今後数年でより大型のプロトタイプ高速炉を完成させる計画で、復活の兆しを見せています。^{[いつ? ]}

• 核の言語