НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МЭИ»

кафедра АЭС

Лабораторная работа № 5

Определение коэффициента диффузного отражения тепловых нейтронов

Группа: ТФ-12-20

Бригада: 2

Студент: Долгов Р.Н.

Преподаватель: Лунчев Ю.В.

Шпаковский А.А.

Дата выполнения работы: 14.05.24

Москва 2024

Цель работы. Введение

Одной из наиболее важных характеристик отражателей ядерных реакторов является коэффициент диффузного отражения нейтронов - альбедо. Альбедо определяется как вероятность того, что нейтрон, падающий на поверхность (границу) какого-либо вещества, выйдет из него обратно. Отражение нейтронов веществом происходит вследствие того, что в процессе диффузии в веществе нейтрон после ряда рассеяний может выйти из него. Ясно, что направление вылета нейтрона из вещества не зависит (в первом приближении) от направления падения. Нейтрон выходит из вещества с равной вероятностью по любому направлению. Поэтому рассматриваемое отражение и называется диффузным.

В общем случае альбедо зависит от ядерно-физических свойств вещества, от энергии падающих нейтронов и в незначительной степени от угла падения. Особо следует отметить зависимость альбедо от соотношения между сечениями рассеяния и поглощения. Чем выше отношение сечения рассеяния к сечению поглощения, тем с большей вероятностью средний нейтрон покинет вещество. Наиболее хорошо отражают нейтроны вещества, которые используются в реакторах в качестве замедлителя и отражателя (тяжелая вода, графит, бериллий, вода). Значения альбедо таких материалов для тепловых нейтронов находятся в диапазоне 0,8 — 0,98 в случае бесконечных (в физическом смысле) размеров этих материалов. С уменьшением размеров альбедо снижается, ибо увеличивается вероятность выхода нейтронов из вещества через другую поверхность (не ту, на которую падал нейтрон). Понятно поэтому, что альбедо зависит от формы поверхности вещества.

Рассмотрим один из простейших способов экспериментального определения альбедо. Суть способа легко выяснить путем простых логических рассуждений. Пусть в однородной среде с равномерно распределенными источниками тепловых нейтронов имеется условная граница раздела, на которой помещен детектор, активируемый тепловыми нейтронами. Если доля нейтронов, поглощаемых детектором ξ < 1, то одни и те же нейтроны могут неоднократно пересекать границу раздела. Это означает, что активность детектора А₀ будет превышать значение А, которое было бы при однократном прохождении нейтронов через границу, т.к. каждое повторное прохождение будет увеличивать активность детектора. Указанное превышение зависит от доли нейтронов, поглощаемых образцом, и от альбедо исследуемой среды. Для подтверждения изложенного, будем условно считать, что нейтроны рождаются лишь с одной стороны границы, а затем многократно пересекают детектор. Определим активность, наведенную в детекторе вследствие такого многократного отражения.

При первом прохождении границы нейтроны наводят в детекторе активность А/2. Часть нейтронов, равная (1 – ξ), при этом перейдет границу раздела. Вследствие отражения от среды на детектор попадёт доля (1 – ξ)β от первоначального числа нейтронов, т. е. при вторичном прохождении нейтронов через границу в детекторе будет наведена активность A(l – ξ)β/2. После второго отражения, т.е. после третьего пересечения границы, в детекторе будет наведена активность A(1 – ξ)²β²/2 и т. д. Общая активность с учетом многократного отражения, равна сумме

A[1 + (1 – ξ)β + (1 – ξ)²β² + …] / 2,

предел которой

A / {2[1– (1 – ξ)β]}

Так как тепловые нейтроны рождаются равномерно по объему с двух сторон границы раздела, то активность детектора

A₀ = A / [1 – (1 – ξ)β]

Таким образом, альбедо β можно определить из формулы, использовав экспериментальные значения активностей А₀ и А. Видно, что коэффициент l / [1– (1 – ξ)β] равен среднему числу пересечений границы раздела нейтроном в процессе диффузии. Ясно, что в эксперименте достаточно найти относительные значения активностей А₀ и А.

В данной работе определяется коэффициент диффузного отражения (альбедо) тепловых нейтронов для парафина.