中性子反射体

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中性子反射体(ちゅうせいしはんしゃたい、neutron reflector)は中性子反射する物質。中性子の反射は鏡面反射ではなく弾性散乱に似ている。このような物質にはグラファイトベリリウム炭化タングステンなどの物質があげられる。中性子反射体は核物質から発生した中性子を核物質へと反射することで臨界未満の核分裂性物質の臨界を作ることができ、あるいは臨界量、超臨界量での核分裂の量を増加させることができる。

原子炉[編集]

ウラン黒鉛連鎖を行う黒鉛炉タイプの原子炉では黒鉛の外殻に炉が囲まれており、この外殻は中性子を炉の中へと反射するため核物質の量が大きく低減できる。

30年の寿命を得るために、小型炉の設計は円柱状の燃料の上部に据えることのできる可動の中性子反射体が要求される。この可動の反射体がゆっくりと下に向かって低下移動することで燃料が円柱の上から下に向かって燃える要因になる。

グラファイトやベリリウムのような軽い素材で作られた反射体は中性子の運動エネルギーを減らす減速材としても使用される。これに対し重い反射素材である鉛や鉛ビスマス共晶は中性子速度の減速についてより効果が少なくなっている。

核兵器[編集]

核分裂炉のように反射材で作られた外殻は核兵器の核分裂物質の臨界量を減らすためにも使われているが、この外殻には慣性力で反応物質の膨張を遅れさせる役目もある。このためこのような外殻はタンパーと呼ばれる。核兵器は反応が続いてこの反応の進行が続いた結果爆散する傾向があり、このためタンパーの使用は、より力があり、より効果的な爆発のために力を集約させるための長時間の反応の持続を作り出す。

核兵器の極限の圧力下ではあらゆる物質は元のままに残存し得ないため、タンパーには高強度だけが重要なわけではなく、強度と中性子反射の反射性の強さが求められる。最も効果的なタンパーは最も高い密度を持つ素材である。高密度の物質は優秀な中性子反射体である。この点で高密度素材は核兵器に二重に適している。最初の核兵器には重いウラン炭化タングステンのタンパーが使われた。

その一方、重いタンパーは大きく高出力の爆縮体を必要とする。現代の熱核反応兵器は初期には電離した際にX線をよく透過する軽量のベリリウム反射体を使用することがあり、初期のエネルギーが次の段階に急速に逃げ出す放出を許しており、このエネルギーが次の段階で圧縮に使われる。

タンパーの効果は中性子の反射と爆発を遅らせる能率の拡大であるが、この効果は臨界量への効果は大きくはない。この理由は反射のプロセスに時間がとられるためである。

関連項目[編集]