Viivästyneet neutronit ovat neutroneja , joita fissiotuotteet emittoivat jonkin ajan kuluttua (muutamasta millisekunnista useisiin minuutteihin) raskaiden ytimien fissioreaktion jälkeen , toisin kuin nopeat neutronit , jotka vapautuvat lähes välittömästi yhdisteytimen fission jälkeen . Viivästyneet neutronit muodostavat alle 1 % säteilevistä fissioneutroneista, mutta niin alhaisesta tuotosta huolimatta niillä on valtava rooli ydinreaktoreissa . Suuresta viiveestä johtuen tällaiset neutronit pidentävät merkittävästi (2 suuruusluokkaa tai enemmän) yhden sukupolven neutronien elinikää reaktorissa ja luovat siten mahdollisuuden hallita itseään ylläpitävää fissioketjureaktiota [1] . Roberts ja hänen tiiminsä löysivät viivästyneet neutronit vuonna 1939 [2] .
Neutronien aiheuttaman raskaiden ytimien fission seurauksena fissiofragmentteja muodostuu virittyneessä tilassa, jossa tapahtuu β - hajoamista . Hyvin harvoissa tapauksissa tällaisten β − -muunnosten ketjussa muodostuu ydin, jonka viritysenergia ylittää tässä ytimessä olevan neutronin sitoutumisenergian . Tällaiset ytimet voivat lähettää neutroneja, joita kutsutaan viivästyneiksi .
Viivästetyn neutronin emissio kilpailee gammasäteilyn kanssa , mutta jos ydin on voimakkaasti ylikuormitettu neutroneilla, neutroni säteilee todennäköisemmin. Tämä tarkoittaa, että viivästyneitä neutroneja emittoivat ytimet, jotka ovat lähempänä hajoamisketjujen alkua, koska ytimien neutronien sitoutumisenergiat ovat siellä erityisen alhaiset.
Viivästetyn neutronin emission muodostama ydin voi olla joko perustilassa tai virittyneessä tilassa. Jälkimmäisessä tapauksessa viritys poistetaan gammasäteilyllä [1] .
Yhdistettyä ydintä (Z,N)* [3] kutsutaan yleensä viivästyneiden neutronien esiasteeksi ja ydintä (Z+1,N-1) viivästyneiden neutronien emitteriksi .
Emittoiva ydin lähettää neutronin lähes välittömästi, mutta huomattavalla viiveellä suhteessa alkuperäisen ytimen fissiohetkeen. Keskimääräinen viiveaika on käytännössä sama kuin esiasteytimen keskimääräinen elinikä.
Viivästyneet neutronit jaetaan yleensä useisiin (useimmiten 6) ryhmiin viiveajasta riippuen . Mahdollisia esiasteytimiä on noin 50, ja bromin ja jodin isotoopeilla on merkittävä rooli tässä määrässä . Yleensä neutroneja emittoivat ytimet, joiden neutronien määrä on yhtä suurempi kuin maagiset luvut (50 ja 82), koska keskimääräisen sitoutumisenergian arvot tällaisissa ytimissä ovat erityisen pieniä [1] .
Viivästyneiden neutronien energia (keskimäärin noin 0,5 MeV ) on useita kertoja pienempi kuin nopean neutronien keskimääräinen energia (noin 2 MeV) [1] .
Arvoa, joka kuvaa viivästyneiden neutronien lukumäärää suhteessa tietyn tyyppisen ytimen hajoamisen aikana syntyviin pikaneutroniin, kutsutaan viivästettyjen neutronien osaksi ( β ). Tämä arvo on täysin fissioytimen määräämä, ja se on energia-alueella 0,025 eV - 14 MeV käytännössä riippumaton fissiota aiheuttavien neutronien energiasta. Kaikille ytimille β :n arvo on alle 1 % [1] .
Taulukossa luetellaan joidenkin ytimien viivästyneiden neutronien pääominaisuudet ja luetellaan joitain mahdollisia esiasteita 235 U :n fissiotapauksessa [1] [4] :
| Ryhmän numero | Viiveaika, s | Keskimääräinen energia, MeV | Mahdolliset esiasteytimet | Esiasteytimien puoliintumisaika, T 1/2 , s | Viivästyneiden neutronien osuus, β i | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 235 U | 239 Pu | 233 U | 235 U | 239 Pu | 233 U | ||||
| yksi | 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 |
| neljä | 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 | Kaikki lyhytikäiset fissiotuotteen ytimet | 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 = ββ i | 0,0064 | 0,0021 | 0,0026 | ||||||