Loading article…
中性子放出は、原子核から1個以上の中性子が放出される放射性崩壊のモードです。[ 1 ]これは、最も中性子過剰/陽子不足の核種で発生し、光中性子放出やベータ遅延中性子放出のように、他の核種の励起状態からも発生します。このプロセスでは中性子が1個しか失われないため、陽子の数は変化せず、原子は別の元素の原子になるのではなく、同じ元素の別の同位体になります。 [ 2 ]
中性子は、特定の重核種の自発的核分裂および誘導核分裂においても生成される。
パウリの排他原理の結果として、陽子または中性子が過剰な原子核は、核子あたりの平均エネルギーが高くなります。中性子が十分に過剰な原子核は、自由中性子と中性子が1つ少ない原子核の組み合わせよりもエネルギーが高くなるため、中性子放出によって崩壊することができます。この過程で崩壊できる原子核は、中性子ドリップラインの外側に位置すると表現されます。
中性子を放出する同位体の例として、ベリリウム13 （平均寿命でベリリウム12に崩壊する）が挙げられる。2.7 × 10 −21秒 ）およびヘリウム-5（ヘリウム-4、7 × 10 −22 秒）。[ 3 ]
核崩壊モードの表では、中性子放出は一般的にnという略語で表されます。
中性子過剰同位体の中には、2個以上の中性子を放出して崩壊するものもある。例えば、水素5とヘリウム10は2個の中性子を放出して崩壊し、水素6は3個または4個の中性子を放出して崩壊し、水素7は4個の中性子を放出して崩壊する。
一部の核種はガンマ線照射によって中性子を放出するように誘導される。そのような核種の1つが9Beである。その光崩壊は、ベリリウムの存在量と8Beの不安定性の結果に関係する核天体物理学において重要である。このため、この同位体は原子炉の中性子源としても有用である。[ 4 ]また、別の核種である181Taも容易に光崩壊することが知られており、このプロセスは唯一の原始核異性体であり最も希少な原始核種である180mTaの生成に関与していると考えられている。[ 5 ]
中性子放出は通常、励起状態にある原子核、例えば<sup> 17</sup> Nのベータ崩壊によって生成される励起状態<sup> 17</sup> O*から起こります。中性子放出過程自体は核力によって制御されるため、非常に速く、「ほぼ瞬間的」と表現されることもあります。この過程によって、不安定な原子がより安定になります。中性子の放出は多数の核子の運動の結果である場合もありますが、最終的には核子間の極めて短い距離に存在する核力の反発作用によって媒介されます。
核分裂（誘導または自発）に伴う即発中性子生成以外のほとんどの中性子放出は、核分裂生成物として生成される中性子重同位体から生じます。これらの中性子は遅延して放出されることがあり、そのため遅延中性子と呼ばれますが、実際の遅延は、核分裂生成物のベータ崩壊によって励起状態の核前駆体が生成され、それが直ちに即発中性子を放出するまでの待ち時間です。したがって、中性子放出の遅延は中性子生成過程によるものではなく、むしろその前駆体であるベータ崩壊によるものであり、ベータ崩壊は弱い力によって制御されるため、はるかに長い時間を要します。遅延中性子放出放射性同位体の前駆体のベータ崩壊半減期は、通常、数分の1秒から数十秒です。
しかしながら、中性子過剰核分裂生成物から放出される遅発中性子は、即発中性子のみで制御する場合よりも反応度の変化をはるかに緩やかにすることで、原子炉の制御に役立ちます。核連鎖反応では、中性子放出のメカニズムにより、中性子の約0.65%が遅発的に放出されます。そして、この中性子の割合によって、原子炉は即発臨界状態や暴走メルトダウンに至ることなく、人間の反応時間スケールで制御されるのです。
このような中性子放出の同義語は「即発中性子」生成であり、これは誘導核分裂と同時に起こることが最もよく知られているタイプである。誘導核分裂は、原子核が中性子、ガンマ線、またはその他のエネルギー担体で照射された場合にのみ起こる。[ 6 ]多くの重同位体、特にカリホルニウム252は、同様の自発的放射性崩壊過程である自発核分裂の生成物として即発中性子も放出する。
自発核分裂とは、原子核が2つ（場合によっては3つ）のより小さな原子核と、一般的には1つ以上のニュートロンに分裂する現象である。