Легкие ядра

Нейтронные сечения

Нейтронные сечения в реакторах

Свойства нейтронных сечений определяют процессы в реакторах.

Спектр нейтронов в реакторе. ВыделяютБыстрые, промежуточные, тепловые нейтроны

Приведем изображения сечений основных изотопов, которые применяются в реакторах и определяют их физические особенности и, главное, характеристики их с точки зрения технологии и безопасности.

По особенностям свойств ядра делят на легкие(А<12-16), средние (А<200) и тяжелые (выше А>200). Области энергий нейтронов при взаимодействии делят на: тепловую (Е<1эВ), промежуточную (или резонансную) до 1 МэВ, быструю (Е более 1МэВ).

Водород – сечение рассеяния постоянно s_s = 20. 8бн от 0 до 10⁴эВ, далее плавно снижается, радиационный захват существенно отличен от 0 только в тепловой области (1/v) s_с^т=0.33бн. Это приводит к активации воды и невозможности СЦР на естественном уране.

Дейтерий – рассеяние постоянно s_s=3бн, захват практически 0 (5.10^-4бн). Хороший фото нейтронный источник (g,n) реакция с порогом 2МэВ, бустер (n,2n) реакция с 1 МэВ Возможности СЦР на естественном уране.

Гелий-3 – используется для детекторов нейтронов, высокое сечение поглощения, экзотермическая реакция (см. Приложение 1.)

Литий-6 - используется для детекторов нейтронов, высокое сечение поглощения, экзотермическая реакция (см. Приложение 1.)

Литий-7 – высоко эффективная реакция (n,2n) используется вспец условиях.

Бериллий-9. Хороший источник нейтронов (a,n) реакция после 1МэВ, фото (g,n) реакция с порогом 1.5. МэВ.

Бор-10 - используется для органов регулирования реакторов(СУЗ) и детекторов нейтронов, высокое сечение поглощения, экзотермическая реакция (см. Приложение 1.)

Углерод-12 - хороший замедлитель, поглощение в тепловой области 3*10^-3бн. Первый резонанс около 1 МэВ.

Экзотические углероды, фторы азоты- применяются для позитронной томографии.

Тепловой спектр в реакторе формируется ядрами –замедлителями. Лучше всего замедляют нейтроны легкие ядра: водород ¹Н, дейтерий ²Н, а также графит и бериллий. Их свойства показаны на рисунках 1.1 -1.3.

Рис.1.1 Водород ¹Н

Главные особенности водорода:

- постоянное сечение рассеяния 20 барн в области 0-10 кЭв, что обеспечивает сильное и постоянное замедление нейтронов в воде от быстрых к тепловым нейронам (причем возможно даже за одно столкновение);

- заметное сечение поглощения нейтронов в тепловой области (около 0.33 барн), что определяет невозможность цепной реакции на ЕСТЕСТВЕННОМ уране при наличии водорода, а также обеспечивает (хоть и с малой вероятностью) образование дейтерия.

В технологии используется чаще всего в форме воды, гидридов, органических молекул, содержащих водород.

Рис.1.2 Дейтерий ²Н

Главные особенности дейтерия:

- постоянное сечение рассеяния нейтронов примерно 3-4 барн в области 0-10 кЭв, что обеспечивает постоянное замедление в воде от быстрых к тепловым нейронам (но более, чем за одно столкновение);

- практически нулевое сечение поглощения нейтронов в тепловой области (около 10^-4барн), что определяет принципиальную возможность цепной реакции на ЕСТЕСТВЕННОМ уране, а также обеспечивает хоть и очень малую но вероятность образование трития.

В технологии используется чаще всего в форме тяжелой воды, дейтеридов (аналогов гидридов) и органических молекул, содержащих дейтерий.

Рис.1.3. Углерод ¹²С

Главные особенности графита:

- постоянное сечение рассеяния нейтронов примерно 6 барн в области 0-10 кЭв, что обеспечивает постоянное замедление в графите от быстрых к тепловым нейронам (но более, чем за одно столкновение);

- очень малое сечение поглощения нейтронов в тепловой области

- накопление радиационных повреждений в структуре (растрескивание, формоизменение). Наблюдается при высоких дозах. Для уменьшения необходим отжиг либо при операционных температурах (Т=700 ⁰С), либо специально. Пожар Винсдейле -4 уровень

Используется в виде графита, а также карбидов, графена и органических веществ.

Отдельная группа ядер – условно назовем ее ядра –«детекторы».

Наши требования к ним:

- высокое сечение поглощения преимущественно в тепловой области;

-реакция с образованием заряженной частицы (чтобы была возможной регистрация);

- экзоэнергетическая реакция, чтобы частица имела высокую ионизирующую способность.

Дата добавления: 2015-06-04