23. Деление ядер под действием нейтронов. Продукты деления. Энерговыделение.

Некоторые тяжёлые ядра, будучи неустойчивыми могут делиться при облучении их нейтронами. Минимальная энергия, которую необходимо внести в ядро, чтобы получить данную ядерную реакцию называют пороговой энергией (или энергией активации). Вносимая нейтроном энергия называется энергией возбуждения (сумма кинетической энергии частицы и энергии её связи в образовавшемся ядре). Для деления Eвозб>Eпор.

При делении тяжёлых ядер под действием нейтронов вначале происходит захват нейтрона, который приводит к образованию составного ядра, а затем деление составного ядра: ²³⁵U + n -> ²³⁶U* -> (A1, Z1) + (A2, Z2). Образовавшиеся осколки имеют заряды. Между одноимённо заряженными осколками возникают силы отталкивания, которые отбрасывают осколки друг от друга. Ускорение ядер-осколков заканчивается на расстояниях соизмеримых с размерами атома ~10^-10 м.

При переходе в основное состояние ядра-осколки испускают 1-2 нейтрона, а затем гамма-кванты (мгновенные). Так как исходные тяжёлые ядра имеют в своём составе избыток нейтронов, по сравнению с устойчивыми ядрами, продукты деления перенасыщены нейтронами и являются бета-радиоактивными.

Энерговыделение на один акт деления нейтроном равно примерно 200 МэВ:

E_оск = 168 МэВ E_{β, зап} = 8 МэВ E_{γ, мгн} = 8 МэВ

E_{γ, зап} = 6 МэВ E_n = 5 МэВ

За счёт радиационного захвата нейтронов на одно деление выделяется дополнительно энергия E_{γ, зах} = 5 МэВ.

24. Нейтронные сечения. Микроскопические и макроскопические сечения. Единицы измерения.

Виды ядерных взаимодействий: поглощение (захват нейтрона nγ; реакции с образованием заряженных частиц nα; деление - в результате получается ядро, отличающееся от первого) и рассеяние (образуется нейтрон и ядро, отличающееся только внутренней или кинетической энергией; при упругом – с той же внутренней энергией; при неупругом – внутренняя энергия возрастает).

Ядерное сечение взаимодействия количественно определяет вероятность взаимодействия нейтрона с каким-либо элементом. Сечения определяются экспериментально.

Физический смысл микроскопического сечения – вероятность взаимодействия; макроскопического сечения – вероятность взаимодействия в 1 см³ при пробеге нейтрона в 1 см.

σ [см²] или [барн] = 10^-24 [см²]

Σ = σ·N [1/см]. N – ядерная плотность (концентрация ядер).

N = Ф·Σ_f·E_f·V_АЗ

Ф·Σ – скорость реакции (число взаимодействий нейтронов с ядрами)

f – fission – деление; c – capture – захват; s – scattering – рассеяние;

a – absorption – поглощение. t – total – полное.

Сечение реакции зависит от энергии частиц. Можно выделить 3 основные области: тепловая, резонансная и быстрая. Средняя энергия мгновенных нейтронов деления ~2 МэВ, запаздывающих ~0,5 МэВ.

25. Плотность потока нейтронов, поток нейтронов. Физический смысл. Единицы измерения. Характерные значения для яэр.

Плотность нейтронов n [n/см³] – отношение числа нейтронов dn в элементарной сфере объемом dV к этому объему: n = dn/dV.

Поток нейтронов I_n [n/с]– отношение числа нейтронов dn, падающих на данную поверхность за интервал времени dt, к этому интервалу: I_n= dn/dt.

Плотность потока нейтронов Ф [n/см²с] – отношение потока нейтронов dI_n проникающих в объем элементарной сферы, к площади поперечного сечения этой сферы dS: Ф= dI_n/ dS.

Физически Ф можно представить как полный путь который проходят все нейтроны со скоростью v(см/с) в единице объема за единицу времени.

В ВВЭР Ф=10¹³-10¹⁴ [n/см²с]

В быстрых энергетических ЯР Ф=10¹⁵-10¹⁶ [n/см²с]