Émission de neutrons - Neutron emission

L'émission de neutrons est un mode de désintégration radioactive dans lequel un ou plusieurs neutrons sont éjectés d'un noyau . Il se produit dans les nucléides les plus riches en neutrons / déficients en protons , ainsi que dans les états excités d'autres nucléides comme dans l' émission de photoneutrons et l'émission de neutrons à retard bêta. Comme seul un neutron est perdu par ce processus, le nombre de protons reste inchangé et un atome ne devient pas un atome d'un élément différent, mais un isotope différent du même élément.

Des neutrons sont également produits lors de la fission spontanée et induite de certains nucléides lourds.

Émission spontanée de neutrons

En conséquence du principe d'exclusion de Pauli , les noyaux avec un excès de protons ou de neutrons ont une énergie moyenne par nucléon plus élevée. Les noyaux avec un excès suffisant de neutrons ont une énergie plus grande que la combinaison d'un neutron libre et d'un noyau avec un neutron de moins, et peuvent donc se désintégrer par émission de neutrons. Les noyaux qui peuvent se désintégrer par ce processus sont décrits comme se trouvant au-delà de la ligne d'égouttement des neutrons .

Deux exemples d'isotopes qui émettent des neutrons sont le béryllium-13 (se désintégrant en béryllium-12 avec une durée de vie moyenne 2,7 × 10 ⁻²¹ s ) et hélium-5 ( hélium-4 , 7 × 10 - ²² s ).

Dans les tableaux des modes de désintégration nucléaire, l'émission de neutrons est communément désignée par l'abréviation n .

Émetteurs de neutrons à gauche de la ligne pointillée inférieure (voir aussi: Tableau des nucléides )
Z →	0	1	2
n ↓	n	H	Il	3	4	5
0		¹ heure		Li	Être	B	6
1	¹ n	² heures	³ Il	⁴ Li	⁵ Être	⁶ B	C	7
2		³ H	⁴ Il	⁵ Li	⁶ Être	⁷ B	⁸ C	N	8
3		⁴ heures	⁵ Il	⁶ Li	⁷ Être	⁸ B	⁹ C	¹⁰ N	O	9
4		⁵ heures	⁶ Il	⁷ Li	⁸ Être	⁹ B	¹⁰ C	¹¹ N	¹² O	F	dix			13
5		⁶ heures	⁷ Il	⁸ Li	⁹ Être	¹⁰ B	¹¹ C	¹² N	¹³ O	¹⁴ F	Ne	11	12	Al
6		⁷ heures	⁸ Il	⁹ Li	¹⁰ Être	¹¹ B	¹² C	¹³ N	¹⁴ O	¹⁵ F	¹⁶ Né	N / A	Mg	¹⁹ Al	14
		7	⁹ Il	¹⁰ Li	¹¹ Être	¹² B	¹³ C	¹⁴ N	¹⁵ O	¹⁶ F	¹⁷ Né	¹⁸ Na	¹⁹ mg	²⁰ Al	Si
		8	¹⁰ Il	¹¹ Li	¹² Être	¹³ B	¹⁴ C	¹⁵ N	¹⁶ O	¹⁷ F	¹⁸ Né	¹⁹ Na	²⁰ mg	²¹ Al	²² Si
			9	¹² Li	¹³ Être	¹⁴ B	¹⁵ C	¹⁶ N	¹⁷ O	¹⁸ F	¹⁹ Ne	²⁰ Na	²¹ mg	²² Al	²³ Si
				dix	¹⁴ Être	¹⁵ B	¹⁶ C	¹⁷ N	¹⁸ O	¹⁹ F	²⁰ Ne	²¹ Na	²² mg	²³ Al	²⁴ Si
				11	¹⁵ Être	¹⁶ B	¹⁷ C	¹⁸ N	¹⁹ O	²⁰ F	²¹ Né	²² Na	²³ mg	²⁴ Al	²⁵ Si
				12	¹⁶ Être	¹⁷ B	¹⁸ C	¹⁹ N	²⁰ O	²¹ F	²² Né	²³ Na	²⁴ mg	²⁵ Al	²⁶ Si
						13	¹⁹ C	²⁰ N	²¹ O	²² F	²³ Né	²⁴ Na	²⁵ mg	²⁶ Al	²⁷ Si
						14	²⁰ C	²¹ N	²² O	²³ F	²⁴ Né	²⁵ Na	²⁶ mg	²⁷ Al	²⁸ Si

Double émission de neutrons

Certains isotopes riches en neutrons se désintègrent par l'émission d'au moins deux neutrons. Par exemple l'hydrogène-5 et l'hélium-10 se désintègrent par émission de deux neutrons, l'hydrogène-6 par émission de 3 ou 4 neutrons, et l'hydrogène-7 par émission de 4 neutrons.

Émission de photoneutrons

Certains nucléides peuvent être amenés à éjecter un neutron par rayonnement gamma . Un de ces nucléides est ⁹ Be ; sa photodésintégration est importante en astrophysique nucléaire, relative à l'abondance du béryllium et aux conséquences de l'instabilité du ⁸ Be . Cela rend également cet isotope utile comme source de neutrons dans les réacteurs nucléaires. Un autre nucléide, ¹⁸¹ Ta , est également connu pour être facilement capable de photodésintégration; on pense que ce processus est responsable de la création de ^180m Ta , le seul isomère nucléaire primordial et le nucléide primordial le plus rare .

Émission de neutrons retardée bêta

L'émission de neutrons se produit généralement à partir de noyaux qui sont dans un état excité, comme le ¹⁷ O * excité produit par la désintégration bêta de ¹⁷ N.Le processus d'émission de neutrons lui-même est contrôlé par la force nucléaire et est donc extrêmement rapide, parfois appelé "presque instantané". Ce processus permet aux atomes instables de devenir plus stables. L'éjection du neutron peut être le produit du mouvement de nombreux nucléons, mais elle est finalement médiée par l'action répulsive de la force nucléaire qui existe à des distances extrêmement courtes entre les nucléons.

Neutrons retardés dans le contrôle du réacteur

La plupart des émissions de neutrons en dehors de la production rapide de neutrons associée à la fission (induite ou spontanée) proviennent d'isotopes lourds de neutrons produits comme produits de fission . Ces neutrons sont parfois émis avec un retard, ce qui leur donne le terme de neutrons retardés , mais le retard réel de leur production est un retard dans l'attente de la désintégration bêta des produits de fission pour produire les précurseurs nucléaires à l'état excité qui subissent immédiatement une émission neutronique rapide. Ainsi, le retard d'émission de neutrons ne provient pas du processus de production de neutrons, mais plutôt de sa désintégration bêta précurseur, qui est contrôlée par la force faible, et nécessite donc un temps beaucoup plus long. Les demi-vies de désintégration bêta des précurseurs des radio-isotopes à émission de neutrons retardés sont généralement des fractions de seconde à des dizaines de secondes.

Néanmoins, les neutrons retardés émis par les produits de fission riches en neutrons aident à contrôler les réacteurs nucléaires en faisant changer la réactivité beaucoup plus lentement que si elle était contrôlée uniquement par des neutrons rapides. Environ 0,65% des neutrons sont libérés dans une réaction nucléaire en chaîne de manière retardée en raison du mécanisme d'émission de neutrons, et c'est cette fraction de neutrons qui permet à un réacteur nucléaire d'être contrôlé sur des échelles de temps de réaction humaine, sans procéder à un état critique rapide , et fondre emballé.

Émission de neutrons dans la fission

Fission induite

Un synonyme d'une telle émission de neutrons est la production de " neutrons rapides ", du type le plus connu pour se produire simultanément avec la fission nucléaire induite . La fission induite ne se produit que lorsqu'un noyau est bombardé de neutrons, de rayons gamma ou d'autres vecteurs d'énergie. De nombreux isotopes lourds, notamment le californium-252 , émettent également des neutrons rapides parmi les produits d'un processus de désintégration radioactive spontanée similaire, la fission spontanée .

Fission spontanée

La fission spontanée se produit lorsqu'un noyau se divise en deux (parfois trois ) noyaux plus petits et généralement un ou plusieurs neutrons.

Voir également

Les références

Liens externes

"Pourquoi certains atomes sont-ils radioactifs?" EPA. Agence de protection de l'environnement, sd Web. 31 octobre 2014
Le LIVEChart of Nuclides - AIEA avec filtre sur la désintégration retardée des émissions de neutrons
Données sur la structure et la désintégration nucléaires - AIEA avec requête sur l'énergie de séparation des neutrons

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