- •Для студентов высших учебных заведений,
- •Введение
- •1. Общие указания
- •2. Правила оформления заданий и решения задач
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Число нейтронов в ядре
- •От массового числа a
- •Примеры решения задач
- •Энергия связи
- •Подставим числовые значения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы
- •Взаимодействие рентгеновского и -излучения с веществом
- •Эффект образования электронно-позитронных пар
- •Взаимодействие заряженных частиц с веществом
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Дано: Решение
- •Анализ решения задачи
- •Решение
- •Решение
- •Как объяснить этот результат?
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Дано: Решение
- •Дано: Решение
- •Импульс тела связан с его кинетической энергией соотношением
- •Решение
- •Практический вывод
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Занятие № 5
- •Для расчета реакторов на тепловых нейтронах большое значение имеет знание констант для нейтронов теплового спектра.
- •Величины стандартных сечений для некоторых нуклидов
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •6.3. Энергетические спектры нейтронов
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Диффузионные свойства важнейших замедлителей представлены в табл. 7.1.
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Занятие № 8 Теория деления ядра
- •Контрольные вопросы для подготовки к занятию
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы
- •Распределение энергии деления ядра при делении его тепловыми нейтронами
- •Среднее число вторичных нейтронов, испускаемых на один акт деления
- •Элементарная теория деления Энергия деления. Параметр деления
- •Свойства осколков деления
- •Физические процессы отравления ядерного топлива
- •Энергетический спектр нейтронов деления
- •Мгновенные и запаздывающие нейтроны деления
- •Цепная реакция деления Практическое осуществление самоподдерживающейся цепной реакции деления
- •Определение коэффициента размножения в бесконечной размножающей среде. Формула четырех сомножителей
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Число ядер равно
- •Решение
- •Решение Тепловая энергия, выделившаяся за 1с работы реактора:
- •Следовательно, полный поток нейтрино:
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •По ядерной, нейтронной физике (задачи занятий № 6, № 7 и № 8 выполняют только студенты обучающиеся по специальности 7.090506)
- •Литература
- •Приложение
- •Масса нейтральных атомов
- •Периоды полураспада радиоактивных изотопов
- •Линейный коэффициент ослабления g-излучения в узком пучке
- •Экспериментальные данные по возрасту тепловых нейтронов
- •Массы и энергии покоя некоторых элементарных частиц
- •Ирина Васильевна Вах Геннадий Яковлевич Мерзликин
- •По ядерной и нейтронной физике
Эффект образования электронно-позитронных пар
Находясь в поле ядра или электрона, -квант способен превратиться в две частицы: электрон и позитрон.
.
Пороговое значение энергии фотона для протекания этой реакции:
Епорог = 2 1,02 МэВ.
Позитрон и электрон античастицы, они аннигилируют по схеме:
(реже 3).
Каждый из полученных -квантов имеет энергию 0,51 МэВ, она мала и поглощается защитой за счет фотоэффекта.
Процесс образования электронно-позитронных пар вместе с фотоэффектом приводит к полному поглощению -квантов высоких энергий.
Эффективное сечение процесса образования электронно-позитронных пар для большинства элементов подчиняется закономерности:
.
Процесс образования электронно-позитронных пар наиболее вероятен для тяжелых элементов.
Закон ослабления -излучения в веществе (в интегральной форме):
,
где Ф0 – плотность потока -квантов перед защитой; Ф – плотность потока -квантов за защитой толщиной d; (см-1)– линейный коэффициент ослабления. - характеризует относительное уменьшение плотности потока излучения после прохождения слоя среды единичной толщины.
определяет вероятность взаимодействия -квантов с веществом на пути в 1 см.
зависит от природы поглощающего вещества и энергии -квантов и находится по таблицам или графикам (см. таблицу в приложении).
Массовый коэффициент поглощения т характеризует ослабление излучения единицей массы вещества:
где - плотность вещества.
График зависимости уменьшения плотности потока -излучения Ф с ростом толщины вещества d представлен на рис. 3.1.
Рис. 3.1.Экспоненциальный спад
плотности потока
с ростом толщины вещества
Слой половинного ослабления (d1/2) – это такая толщина поглощающего вещества, которая уменьшает плотность потока -квантов в 2 раза.
.
Средняя длина свободного пробега -кванта в веществе - это среднее расстояние, проходимое -квантом до взаимодействия; это толщина защиты, необходимая для ослабления плотности потока -излучения в е 2,718 раз. Это расстояние называют длиной релаксации.
Средняя длина свободного пробега связанна с линейным коэффициентом ослабления формулой:
Взаимодействие заряженных частиц с веществом
Заряженные частицы делят на тяжелые (т >> те) и легкие (т те). К тяжелым можно отнести -частицы, протоны, осколки ядер, к легким – электроны, позитроны.
При взаимодействии тяжелых заряженных частиц возможны ионизация атомов (превращение нейтрального атома в заряженный ион путем отрыва электрона), рассеяние на ядрах вещества (приводит только к нагреву вещества) и ядерные реакции (происходят редко).
При взаимодействии легких заряженных частиц возможны ионизация атомов вещества и потери энергии на торможение частицы в поле ядра (радиационные потери энергии) (рис. 3.2).
Ионизационные потери на единице длины:
,
где = 21,6. 10-19 . Z – средний ионизационный потенциал, Дж.
Из формулы следует:
1. Тяжелые элементы с большим Z обладают лучшими защитными свойствами. Например, в свинце ионизационные потери в 14 раз больше, чем в углероде.
2. Ионизационные потери не зависят от массы частицы, но зависят от ее заряда.
3. С уменьшением скорости частицы ее потери возрастают, так как увеличивается время взаимодействия частицы и атома.
Рис. 3.2. Изменение потерь энергии легких заряженных
частиц на единице длины в зависимости
от их кинетической энергии