НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МЭИ»

кафедра АЭС

Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПPOЦECCOB НАКОПЛЕНИЯ И

Pacпaдa радиоактивных ядер

Группа: ТФ-12-20 Бригада: Студенты: Долгов Р.Н.

Преподаватель: Лунчев Ю.В.

Шпаковский А.А. Дата выполнения работы: 05.03.24

Москва 2024

2 Цель работы. Введение

Радиационный захват нейтронов некоторыми стабильными ядрами приводит к образованию радиоактивных ядер, распадающихся с испусканием ß- частиц.

Рассмотрим процесс накопления радиоактивных ядер. Пусть в нейтронное поле помещается исследуемый детектор, содержащий стабильные ядра. Будем предполагать, что присутствие детектора не влияет на поток нейтронов Ф, и что число стабильных ядер в образце N не изменяется во времени.

Изменение числа радиоактивных ядер в детекторе dn обусловлено процессами накопления за счет реакции (n, γ) и распада с испусканием ß-частиц. За время dt в детекторе накопится Rсdt радиоактивных ядер, где Rс — число образующихся в единицу времени радиоактивных ядер. Значит, Rc равно скорости протекания в детекторе процесса радиационного захвата, т. е.

,

с начальным условием: n = 0 при t = 0. Проинтегрировав, получаем:

Из этого следует, что при увеличении времени облучения t число радиоактивных ядер в детекторе стремится к максимально возможному значению, равному Rc / λ, которое достигается в момент насыщения, т.е. в момент установления динамического равновесия между скоростями 8 образования или распада радиоактивных ядер. С достаточной степенью точности (~5%) можно считать, что насыщение достигается за время t=3 / λ. Если ввести в

3

рассмотрение период полураспада T_1/2=ln2 / λ, т.е. время, в течение которого число радиоактивных ядер в образце уменьшается в 2 раза, формулу можно записать в виде:

Если детектор удаляется из нейтронного поля, то количество радиоактивных ядер в нем в дальнейшем уменьшается во времени по законам:

где n₀ - число радиоактивных ядер в детекторе в момент удаления его из нейтронного поля.

Вместо n удобнее рассматривать активность А = |dn| / |dt| = nλ, т.е. число радиоактивных ядер, распадающихся за единицу времени. Изменение активности детектора в процессах накопления и распада описывается соответственно следующими формулами:

где А₀ = n₀λ – начальная активность детектора.

Из этих формул видно, что активность облучаемого детектора стремится к своему максимальному значению А∞ = R∞. Сравнение (2.2) и (2.4) с (2.6) и (2.7) показывает, что зависимости А и n от времени одинаковы.

На рис. 1 показано относительное изменение активности образца от времени в процессах накопления и распада радиоактивных ядер.

Рис. 1.

При экспериментальном исследовании процессов накопления и распада радиоактивных ядер удобно регистрировать ß-частицы, излучаемые детектором, в течение некоторого времени. Это имеет два важных следствия.

Во-первых, при построении кривой накопления радиоактивных ядер, исследуемый детектор приходится периодически извлекать из нейтронного поля на некоторое время, равное сумме времен счета и переноса исследуемого детектора от места облучения до места счета и обратно. Иногда, более того, исследуемый детектор после извлечения из нейтронного поля высвечивается в течение определенного промежутка времени до начала счета. В связи с этим активность детектора изменяется во времени по закону, отличному от (2.6) (см. рис. 1). График такой зависимости приведен на рис. 2.

Рис. 2.

Экспериментальная установка состоит из цилиндрическогобака с водой, на центральной оси которого размещен калифорниевый (Cf-252) источник нейтронов и лабораторного стенда НИУ «РАиНИ» с ß-счетчиком.

Исследуемым детектором является индий. Детектор помещается в бак. В результате захвата нейтронов ядрами индия, детектор активируется. В табл. 1 даны свойства изотопов индия. Видно, что активность детектора обусловлена практически лишь изотопами In-116 и In-116m. В зависимости сечения активации от энергии нейтронов σ_акт(Е) есть резонансы, что приводит к значительной активации детектора эпитепловыми (резонансными, надтепловыми) нейтронами, причем в случае тонкого детектора подавляющая часть этой активации обусловлена первым резонансом при энергии 1,46 эВ.

Таблица 1

Активируемый изотоп	Содержание в природной смеси, %	Радиоактивный изотоп	Период полураспада, Т1/2	Сечение активации σакт, 10-28 м2
In-113	4,23	In-114m	49 сут	56
		In-114	72 сут	2
In-115	95,77	In-116m	54 мин	160
		In-116	14 сек	42

Характерно, что примерно 80 % захватов в первом резонансе дает изотоп In-116m и лишь примерно 20 % изотоп In-116, что совпадает с данными по активации тепловыми нейтронами. Такое положение позволяет оценивать вклады изотопов In-116 и In-116m в активность детектора, используя значения сечения активации σ_акт при стандартной скорости нейтронов υ₀ = 2200 м/с, соответствующей энергии Е₀ = 0,0253 эВ (табл. l).