最先端の物理学

核反応と核分裂

核反応では電荷と核子数が保存されます。重い核の核分裂はエネルギーと中性子を放出し、連鎖反応を持続させる場合があります。

核反応では電荷と核子数が保存されます。重い核の核分裂はエネルギーと中性子を放出し、連鎖反応を持続させる場合があります。

モデルと解釈

反応a+A→b+Bでは電荷と質量数が保存され、Q>0は静止質量エネルギーの放出を表します。U-235+nの核分裂では軽い核片と2～3個の中性子が生じ、約200 MeVを主に核片の運動エネルギーとして放出します。炉のモデルではk_eff<1が未臨界、=1が臨界、>1が過臨界です。

研究段階では、核分裂は一つの固定生成物経路ではなく確率過程として記述します。断面積は中性子エネルギーに依存し、核分裂片の質量・電荷・励起状態には分布があり、その後に遅発中性子やガンマ線を放出することがあります。そのため炉動特性では中性子スペクトル・輸送と熱水力学を結合します。k_eff を用いる一群モデルは臨界性の分類には便利ですが、出力分布や過渡応答を単独で十分予測できません。マリー・キュリーは放射能と核研究の実験的基礎を築き、エンリコ・フェルミは中性子物理と連鎖反応理論を発展させ、定量的な現代的手法の形成に寄与しました。

核分裂当たりの平均中性子数だけでは動特性を十分記述できません。中性子放出時刻と遅発割合が異なるフィードバック時間尺度を作ります。安全解析では反応度、温度係数、減速材フィードバックも追跡します。これらは測定と不確かさを伴うモデルから推定され、あらゆる燃料配置に共通する定数ではありません。

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