Flux de neutrons

Nivells de flux de neutrons generats al nucli del reactor de prova avançat d'INL durant el funcionament. Els nivells de neutrons són més alts a les zones blaves i morades, i més baixos a les zones taronja i vermella.

El flux de neutrons és una magnitud escalar utilitzada en física nuclear i física de reactors nuclears. És la distància total recorreguda per tots els neutrons lliures per unitat de temps i volum. De manera equivalent, es pot definir com el nombre de neutrons que viatgen a través d'una petita esfera de radi $R$ en un interval de temps, dividit per una secció transversal màxima de l'esfera (la gran àrea del disc, $\pi R^{2}$) i per la durada de l'interval de temps. La dimensió del flux de neutrons és ${\mathsf {L}}^{-2}{\mathsf {T}}^{-1}$ i la unitat habitual és cm ⁻² s ⁻¹ (centímetre quadrat recíproc per segon recíproc).

Aquesta imatge mostra les deteccions de flux de neutrons al voltant del pol sud lunar des de LEND. Crèdit: NASA/Institut d'Investigació Espacial (Moscou)

La fluència de neutrons es defineix com el flux de neutrons integrat durant un període de temps determinat. Així que la seva dimensió és ${\mathsf {L}}^{-2}$ i la seva unitat habitual és cm⁻² (centímetre quadrat recíproc). Un terme més antic utilitzat en lloc de cm⁻² va ser "nvt" (neutrons, velocitat, temps).

Flux natural de neutrons

El flux de neutrons a les estrelles de branques gegants asimptòtiques i a les supernoves és responsable de la major part de la nucleosíntesi natural produint elements més pesats que el ferro. A les estrelles hi ha un flux de neutrons relativament baix de l'ordre de 10 ⁵ a 10 ¹¹ cm ⁻² s ⁻¹, donant lloc a la nucleosíntesi pel procés s (procés lent de captura de neutrons). Per contra, després d'una supernova de col·lapse del nucli, hi ha un flux de neutrons extremadament alt, de l'ordre de 10 ³² cm ⁻² s ⁻¹, donant lloc a la nucleosíntesi pel procés r (procés ràpid de captura de neutrons).

El flux de neutrons atmosfèrics de la Terra, aparentment de les tempestes, pot arribar a nivells de 3·10 ⁻² a 9.10 ⁺¹ cm ⁻² s ⁻¹. Tanmateix, resultats recents (considerats invàlids pels investigadors originals ) obtinguts amb detectors de neutrons de centelleig no blindats mostren una disminució del flux de neutrons durant les tempestes. La investigació recent sembla donar suport a la generació de llamps de 10 ¹³ a 10 ¹⁵ neutrons per descàrrega mitjançant processos fotonuclears.

Fluència de neutrons de la paret del recipient del reactor

Un reactor d'una central nuclear típica (PWR) aguanta en 40 anys (32 anys de reactor complet) de funcionament aproximadament 6,5 × 10 ¹⁹ cm⁻² (E > 1 MeV) de fluència de neutrons. El flux de neutrons fa que els recipients dels reactors pateixin fragilització per neutrons.