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Verzögerte Neutronen und prompte Neutronen

Bei der Spaltung eines U-235-Kernes werden neben den Spaltprodukten und direkter Gammastrahlung im Mittel 2,43 Neutronen freigesetzt. Da sie unmittelbar aus der Spaltung hervorgehen, nennt man sie prompte Neutronen. Das heisst, der Urankern “zerplatzt” in zwei Bruchstücke und vom Zerreisspunkt werden Neutronen emittiert. Diese Neutronen entstehen somit direkt im Vorgang der Kernspaltung (Zeitraum 10-14 s nach dem Zerreissen).

Spaltungen, die dann aus diesen prompten Neutronen hervorgehen, nennt man prompte Spaltung.
Die Menge der prompten Neutronen im Kern beträgt etwa (1 - beta) = 99,35% der Gesamtzahl der Neutronen.

Die verbleibenden beta = 0,65% sind sogenannte verzögerte Neutronen, sie entstehen beim Zerfall der Spaltprodukte. Das heisst, dass es Spaltprodukte gibt, deren Zerfallsenergie höher ist als die Bindungsenergie des letzten Neutrons, so dass ein Abdampfen von Neutronen energetisch günstiger ist und damit sozusagen ein “Neutronenzerfall” stattfindet, bevor der “nächste” beta-Zerfall stattfindet, um Energie der neutronenreichen Spaltprodukte abzugeben (abzuregen).

Typische Spaltprodukte, die verzögerte Neutronen emittieren sind:

4,4-s 89Br, 55,6-s 87Br, 2,8-s 94Rb, 24,5-s 137I und 1,7-s 135Sb

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Die verzögerten Neutronen entstehen in einem Zeitraum von 0,08 s bis zu einer Minute nach dem Spaltung des U-235 und Spaltungen, die mit diesen verzögerten Neutronen ausgelöst werden, nennt man verzögerte Spaltungen.

Welche Auswirkungen auf den Reaktor hat das?

Im Wesentlichen sind diese verzögerten Neutronen ausschlaggebend für die Regelbarkeit des Reaktors. Denn durch das verzögerte Auftreten haben die Regelungseinrichtungen des Reaktors genügend Zeit, um auf Änderungen zu reagieren und sich neuen Leistungsbedingungen anzupassen.

Milchmädchenrechnung: Wären im Reaktor nur prompte Neutronen vorhanden, hätte das System 10^-14 Sekunden Zeit, um zu reagieren - das entspricht genau der Lebenszeit eines angeregten U-236-Kerns, bevor er zerfällt.
Da die veerzögerten Neutronen i.d.R. etwa den Zeitraum von einer Minute brauchen, um zu entstehen, bleibt dem Reaktor aber eben dieser Zeitraum von bis zu einer Minute, um Änderungen zu verarbeiten.

Kernreaktoren sind technisch/physikalisch so ausgelegt, dass die Kettenreaktion nur mit der Summe aus prompten und verzögerten Neutronen zusammen kritisch gehalten werden kann! Würden die verzögerten Neutronen im Reaktorkern nicht existieren, würde die Kettenreaktion abklingen.
Das heisst, dass weder die prompten, noch die verzögerten Neutronen alleine die Kettenreaktion aufrecht erhalten können.

Anmerkung:

"Im Mittel entstehen 2,43" Neutronen: Bei der Spaltung des Kerns entstehen natürlich nicht (2 + 0,43) Neutronen. Der Wert 2,43 ist ein statistischer Wert und besagt, dass bei der Spaltung von 100 U-235-Kernen 243 prompte Neutronen entstehen.