النيوترونات المتأخرة

تمثل هذه النيوترونات أقل من 1% من مجموع النيوترونات المنطلقة أثر تفاعل الانشطار النووي. وقد اطلق عليها هذا الإسم لأنها تنطلق متأخرة قليلاً بعد إتمام الانشطار بزمن يبلغ بضع ثواني حيث يستمر انطلاقها بعد توقف الانشطار كما وأن شدتها تنخفض بمرور الزمن ولعدة دقائق او بضع ساعات. ويمكن تصنيف هذه النيوترونات في ست مجموعات حسب عمر النصف لها. ونبين ذلك في الجدول (1) حيث نبين عمر النصف لكل مجموعة وطاقة كل منها وعدد النيوترونات المتأخرة لكل انشطار حراري لكل من U²³⁵، ²³³U ، Pu²³⁹ أما في حالة الانشطار بالنيوترونات السريعة فإن هذه القيم لا تتغير كثيراً. لاحظ هنا أن طاقات النيوترونات المتاخرة أقل من طاقات معظم النيوترونات اللحظية.

الجدول (1)

ولتوضيح آلية انطلاق هذه النيوترونات فإننا نعود ثانية الى شظايا الانشطار. حيث ان هذه الشظايا هي أنوية غنية بالنيوترونات ومن ثم فإنها أنوية غير مستقرة بالنسبة لإطلاق جسيمات β وذلك في محاولاتها للاستقرار والتخلص من طاقاتها الزائدة. وعندما تطلق هذه الأنوية جسيمات β فإنها تتحول إلى الأنوية التي تليها في الجدول الدوري فإذا كانت النواة الأم هي (Z , (N فإن النواة الناتجة عن تحللها بإطلاق جسيمات ^-β هي (Z + 1, N -1) وهكذا يزداد العدد الذري ويقل عدد النيوترونات. فإذا كانت النواة الوليدة ذات طاقة إثارة كبيرة وأعلى من طاقة ترابط النيوترون بها فإن هذا النيوترون ينطلق إلى الخارج فيما يعرف بالنيوترون المتأخر. ويرتبط زمن انطلاقه بعمر النصف لتحول ^-β للنواة الأم (أي شظية الانشطار). وبالتالي فإن تصنيفنا للنيوترونات حسب عمر النصف لها إنما هو راجع لعمر النصف لمشعات β الأصلية التي ينتج عن الأنوية المتحولة لها انطلاق النيوترونات المتأخرة من هذه الأنوية. نبين في الشكل (1) كيف تنطلق النيوترونات المتأخرة بعمر نصف قدره 55.6 و 24.5 ثانية. في الشكل (1، أ) نبين مجموعة النيوترونات بعمر نصف 55.6 ثانية والناتجة عن شظية الانشطار Br⁸⁷ حيث تنحل هذه النواة بإطلاق ^-β إلى الكريبتون - 87 حيث يمكن أن توجد هذه النواة في عدة مستويات إثارة تصل إلى 6.3 م.أ.ف. وحيث أن هذه الطاقة أكبر من ترابط النيوترون في نواة الكريبتون فإنه ينطلق بسهولة وتتحول Br⁸⁷ إلى نواة Kr⁸⁶. حسب التفاعل المبين على الشكل. وقد لوحظ عملياً أن 2.3% من تحللات هذه المستويات تطلق النيوترونات المتأخرة التي تنطلق بعد أن تتحلل نواة البروم بواسطة ^-β وبعمر تصف قدره 55.6 ثانية. لاحظ هنا أن نواة Kr⁸⁷³⁶ تحتوي على 51 نيوترون أي أنها تحتوي على عدد سحري (50) + نيوترون واحد. ومن ثم فإن هذا النيوترون الأخير مرتبط ارتباطاً ضعيفاً مع النواة وبالتالي ينطلق بسهولة خارجها. كما ويمكن أن تنطلق أيضاً أشعة γ من مستويات الإثارة المختلفة أثناء محاولات النواة المثارة للتهدئة. لاحظ من الشكل (1 ، أ) أن الإيزوبارات التي بدأت بالبروم تستمر في الانتقال عن طريق إطلاق أشعة ^-β حتى الوصول إلى عنصر الأسترنشيوم (S_r) المستقر.

في الشكل (1 ، ب) نبين كيف تنطلق مجموعة النيوترونات المتأخرة

الشكل (1)

بعمر نصف قدرة 24.5 ثانية. حيث تنشأ هذه عن شظية الانشطار اليود I¹³⁷ الذي يتحلل عن طريق ^-β متحولاً إلى X_e¹³⁷, الذي يتواجد في مستويات إثارة هو الآخر بالإضافة إلى مستوى الاستقرار الأرضي. لاحظ أن نواة X_e¹³⁷ تحتوي على 83 نيوترون وهذا العدد يمثل 82 + 1 حيث 82 تمثل عدداً سحرياً. وبالتالي تتوقع أن هذه النواة تستطيع أن تفقد هذا النيوترون بسهولة متحولة إلى النظير X_e¹³⁶ وذلك عندما تكون طاقة إثارة نواة X_e¹³⁷كافية لتخليص هذا النيوترون من النواة X_e¹³⁶. ونبين هذا التحول على الشكل (1 ،ب) وقد وجد أن نسبة التحلل بإطلاق النيوترونات تساوي 6 % من معدل باقي التحللات للنواة X_e ¹³⁷حيث يمكن أن تنطلق أشعة γ أيضاً وهي هنا أشعة γ متأخرة كما في حالة النيوترونات. كما نلاحظ كما في الشكل (1 ،ب) أن سلسلة الإيزوبارات التي تبدأ باليود I¹³⁷ تستمر في الانتقال عبر تحللات ^-β حتى الوصول إلى عنصر الباريوم - 137 المستقر.

أما باقي مجموعات النيوترونات المتأخرة فيمكن أن تعامل بنفس الأسلوب السابق وقد وجد أن مجموعة النيوترونات بعمر نصف 6.2 ثانية تنتج عن عنصر I¹³⁸ حيث يتحلل إلى X_e¹³⁸ الذي يتحلل بإطلاق نيوترون إلى X_e¹³⁷ . أما مجموعة النيوترونات بعمر نصف 2.3 ثانية فينتج من نظير I¹³⁹ حيث يتحلل إلى X_e¹³⁹ الذي يطلق نيوترون ويتحول إلى X_e¹³⁸. 

تلعب النيوترونات المتأخرة دوراً حيوياً للسيطرة على المفاعلات النووية كما ذكرنا آنفاً ويرجع ذلك إلى أنه إذا افترضنا وجود النيوترونات اللحظية فقط فإن عمر النصف لهذه النيوترونات يبلغ 63 ميكروثانية في بعض المفاعلات. وهذا الرقم يجعل المفاعل حساساً جداً لأي تغيير في المفاعلية Reactivity ومن ثم يجعل السيطرة عليه بالغة الصعوبة. أما في حالة وجود النيوترونات المتأخرة بعمر نصف متوسط قدره حوالي 12 ثانية فإن عمر النصف الكلي للنيوترونات يعطي بالمجموع:

حيث 0.9936 هي نسبة وجود النيوترونات اللحظية عند انشطار اليورانيوم — 235 والعدد 0.0064 يمثل نسبة النيوترونات المتأخرة.

وبالتالي فإن استجابة المفاعل للتغير في الفاعلية تصبح بطيئة بما فيه الكفاية لسهولة السيطرة عليه ميكانيكياً.