Деление ядер Замедление нейтронов.

Длина замедления в хороших замедлителях имеет порядок десятков сантиметров. Начиная с энергий 0.5÷1 эВ при столкновениях нейтронов с ядрами становится существенной тепловая энергия атомов. Распределение нейтронов начинает стремиться к равновесному, т.е. максвелловскому:

dN/dE≈e-E/kTE1/2 , E ≤ 1 эВ.

Этот процесс называется термализацией нейтронов.

11

Деление ядер Диффузия нейтронов.

Диффузия нейтронов. Замедленные до тепловых энергий нейтроны диффундируют, распространяясь в веществе во все стороны от источника. Этот процесс приближённо описывается обычным уравнением диффузии с обязательным учётом поглощения, которое для тепловых нейтронов всегда велико. Основной характеристикой среды, описывающей процесс диффузии,

является длина диффузии L, определяемая соотношением

L2 = <rdif>2/6

где <rdif>2 − среднеквадратичное расстояние, на которое уходит тепловой

нейтрон в веществе от места рождения до поглощения. Длина диффузии имеет примерно тот же порядок, что и длина замедления τ1/2. Обе эти величины определяют расстояние от источника, на котором будет заметное количество тепловых нейтронов.

12

Деление ядер Замедление нейтронов.

Длина замедления τ и диффузии L наиболее употребительных замедлителей. Из этой таблицы видно, что у обычной воды τ1/2 > L, что указывает на сильное

поглощение. У тяжёлой воды, наоборот, τ1/2 < L. Поэтому она является лучшим замедлителем.

Величина L зависит не только от собственно диффузии, но и от поглощающих свойств среды. Поэтому L не полностью характеризует процесс диффузии. Дополнительной независимой характеристикой диффузии является среднее время джизни диффундирующего нейтрона.

13

Деление ядер Альбедо нейтронов.

Интересным свойством нейтронов является их способность отражаться от различных веществ. Это отражение не когерентное, а диффузное. Его механизм таков. Нейтрон, попадая в среду, испытывает беспорядочные столкновения с ядрами и после ряда столкновений может вылететь обратно. Вероятность такого вылета носит название альбедо нейтронов для данной среды. Очевидно, что альбедо тем выше, чем больше сечение рассеяния и чем меньше сечение поглощения нейтронов ядрами среды. Хорошие отражатели отражают до 90% попадающих в них нейтронов, т.е. имеют альбедо до 0.9. в частности, для обычной воды альбедо равно 0.8. Неудивительно поэтому, что отражатели нейтронов широко применяются в ядерных реакторах и других нейтронных установках. Возможность отражения нейтронов объясняется следующим образом. Вошедший в отражатель нейтрон при каждом столкновении с ядром может рассеяться в любую сторону. Если нейтрон у поверхности рассеялся назад, то он вылетает обратно, т.е. отражается. Если же нейтрон рассеялся в другом направлении, то он может рассеяться так, что уйдёт из среды при последующих столкновениях. Этот же процесс приводит к тому, что концентрация нейтронов резко снижается вблизи границы среды, в которой они рождаются, т.к. вероятность для нейтрона уйти наружу велика.

14

Деление ядер

Сечение деления 235U нейтронами

σf(En=2-6 МэВ)=0.5 б

Это 1 /4 максимального возможного (геометрического) сечения

σmax=πR2=2.4 б

Остальные каналы неупругого рассеяния

нейтронов не приводят к делению

15

Деление ядер Спектр нейтронов деления

16

Деление ядер Мгновенные нейтроны деления

Нарушение характерного для стабильных ядер соотношения числа протонов и нейтронов приводит к вылету мгновенных нейтронов деления. Эти нейтроны испускаются возбужденными движущимися осколками за время меньшее, чем 4·10-14 с. Такие нейтроны составляют большинство (99%)

17

Деление ядер Запаздывающие нейтроны

Запаздывающие нейтроны испускаются продуктами деления, скорости распада которых лежат в пределах от долей секунды до нескольких минут.

Примером одного из излучателей запаздывающих нейтронов может служить 87Br, схема радиоактивных превращений для которых приведена на рисунке.

Процесс снятия возбуждения 87Br* через β-распад – очень медленны, τ=15.9 лет. Тогда ядро может испускать «запаздывающий» нейтрон со временем жизни τ=80.2 сек.

18

Деление ядер Запаздывающие нейтроны

Общая доля запаздывающих нейтронов

β=νd/νf

β(235U)=0.0065

Среднее время жизни составляет

<τ>=Σβiτi/β≈ 10 c

Величина <τ> является важнейшей временной константой кинетики ядерного реактора

19