Loading article…
原子力工学において、即発中性子とは、核分裂反応によって直ちに放出される（中性子放出）中性子のことであり、同じ状況下で起こりうる遅発中性子崩壊とは対照的である。遅発中性子崩壊は、核分裂生成物のベータ崩壊後、数ミリ秒から数分後のいずれかの時点で放出される。
不安定な核分裂性または核分裂性の重い原子核の核分裂から、即発中性子がほぼ瞬時に放出されます。即発中性子が放出されるまでの時間には、さまざまな定義があります。たとえば、米国エネルギー省は、即発中性子を核分裂事象から 10⁻¹³ 秒以内に核分裂から生成された中性子と定義しています。[ 1 ]米国原子力規制委員会は、即発中性子を10⁻¹⁴秒以内に核分裂から放出される中性子と定義しています。[ 2 ]この放出は核力 によって制御され、非常に高速です。対照的に、いわゆる遅発中性子は、ベータ崩壊 (弱い力によって媒介される) に伴う時間遅延によって前駆励起核種に遅延し、その後、即発時間スケール (つまり、ほぼ瞬時) で中性子放出が起こります。
ウラン235を例にとると、この原子核は熱中性子を吸収し、核分裂反応の直後の質量生成物は、形成されたウラン236原子核の残骸である2つの大きな核分裂断片です。これらの断片は、即発中性子と呼ばれる2つまたは3つの自由中性子（平均2.5個）を放出します。その後の核分裂断片は、時折、放射性崩壊の段階を経て、遅発中性子と呼ばれる追加の中性子を放出します。これらの中性子を放出する核分裂断片は、遅発中性子前駆原子と呼ばれます。
遅発中性子は、核分裂生成物のベータ崩壊に伴って放出される。即発核分裂による中性子放出後、残存核種は依然として中性子過剰状態にあり、ベータ崩壊連鎖を起こす。核種が中性子過剰であるほど、ベータ崩壊のエネルギーは高くなり、崩壊速度も速くなる。場合によっては、ベータ崩壊で得られるエネルギーが十分に高いため、残存核種が非常に高い励起状態になり、ガンマ線ではなく中性子が放出されることがある。
ウラン 234 およびウラン 236 の低エネルギー核分裂による最終断片の質量の関数としての最終運動エネルギー分布の標準偏差は、軽い断片質量領域付近にピークがあり、重い断片質量領域にも別のピークがあります。これらの実験のモンテカルロ法によるシミュレーションは、これらのピークが即発中性子放出によって生成されることを示唆しています。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]この即発中性子放出の効果は、サドルから分裂点までの核分裂ダイナミクスを研究する上で重要な一次質量および運動エネルギー分布を提供しません。
原子炉がたとえごくわずかでも即発臨界状態になった場合、中性子数と出力は指数関数的に急激に増加する。制御棒などの機械システムの応答時間は、このような出力急増を抑制するにはあまりにも遅い。出力上昇の制御は、炉心の熱膨張や中性子の共鳴吸収の増加など、原子炉本来の物理的安定性因子に委ねられることになる。これらの因子は通常、温度上昇時に原子炉の反応度を低下させる傾向があるが、原子炉は熱によって損傷または破壊される危険性がある。
しかし、遅発中性子のおかげで、即発中性子のみに関して言えば、原子炉を未臨界状態に維持することが可能になります。遅発中性子は、連鎖反応が終息する直前に、ちょうどそのタイミングで発生するため、連鎖反応を維持することができます。この状態では、中性子生成量は全体として指数関数的に増加しますが、その時間スケールは遅発中性子生成量によって制御され、制御可能なほど遅いのです（不安定な自転車でも、人間の反射神経がその不安定さの時間スケールに対して十分速いため、バランスを取ることができるのと同様です）。このように、非運転状態と臨界超状態の許容範囲を広げ、原子炉の制御により多くの時間を確保することで、遅発中性子は原子炉本来の安全性、さらには能動制御を必要とする原子炉においても不可欠な役割を果たします。
その要因は次のように定義されます。
そして、 U-235の場合は0.0064に等しい。
遅発中性子率（DNF）は次のように定義される。
これら2つの因子、βとDNFは、原子炉内のニュートロン数が急激に変化する場合には、同じものではない。
もう1つの概念は、遅延中性子の有効割合です。これは、付随中性子束に対して（空間、エネルギー、角度で）重み付けされた遅延中性子の割合です。この概念は、遅延中性子が即発中性子に比べて熱化されたエネルギー スペクトルで放出されるために生じます。熱中性子スペクトルで動作する低濃縮ウラン燃料の場合、平均遅延中性子割合と有効遅延中性子割合の差は 50 pcm (1 pcm = 1e-5) に達する可能性があります。[ 9 ]
