Национальный исследовательский ядерный университет

«МИФИ»

Институт ядерной физики и технологий

Конспект лекции №3

Диффузия моноэнергетических нейтронов

Преподаватель: Волков Ю.Н. Группа: ТПН Дата: 10.09.2025

Москва, 2025

Содержание

2.4Спонтанное деление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.5 (p, n) реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.6Реакции синтеза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.7Ядерный реактор как источник нейтронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1Реакция деления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.2Типы тяжелых ядер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.3Реакция воспроизводства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.4Обогащение урана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.5Коэффициент воспроизводства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.6Характеристики нейтронов деления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.7Эффективный коэффициент размножения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.8Жизненный цикл нейтронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4.1Выбор технических решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.2Нейтронно-физический расчет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.3Оценка неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5.1Типы взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2 Механизмы взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2.1Потенциальное рассеяние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2.2 Механизм образования составного ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2.3 Резонансные ядерные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.3Реакция деления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1

1Введение

1.1Обзор предыдущей лекции

(00:51) На предыдущей лекции мы рассмотрели свойства свободного нейтрона. Нейтрон является нестабильной частицей, и для поддержания нейтронного поля в реакторе необходимы источники нейтронов.

2Источники нейтронов

2.1Классификация источников нейтронов

(04:10) Источники нейтронов подразделяются на внешние и внутренние (intrinsic). Внутренние источники - это те, что появляются благодаря ядрам, уже находящимся в среде. Внешние источники - это те, которые специально вносятся в реактор.

(05:12) Существует шесть основных источников нейтронов:

1.(α, n) реакция

2.(γ, n) реакция

3.Спонтанное деление

4.(p, n) реакция

5.Реакции синтеза

6.Ядерный реактор деления

2.2(α, n) реакции

(05:48) Альфа-частица представляет собой ядро атома гелия. Для осуществления (α, n) реакции альфа-частица должна преодолеть кулоновский барьер. Эта реакция происходит не на всех ядрах, а в основном на лёгких ядрах, таких как бериллий и кислород.

(07:08) Проблема этого источника заключается в его невысокой интенсивности, которая определяется интенсивностью альфа-частиц. Для увеличения интенсивности необходимо либо увеличивать размеры источника, либо использовать больше альфа-излучателей.

(11:14) В топливе реактора, содержащем уран или плутоний, происходит альфа-распад. При наличии кислорода-18 в топливе (например, в диоксиде урана) возникают нейтроны. Таким образом, даже когда топливо находится вне реактора, в нем присутствует небольшой нейтронный фон.

2

2.3(γ, n) реакции

(11:54) Гамма-квант, попадая на ядро, сообщает ему энергию возбуждения, достаточную для вылета нейтрона. Как правило, гамма-квант не несет достаточно энергии для выбивания нейтрона, за исключением двух изотопов: бериллия и тяжелого водорода (дейтерия).

(13:24) Атомные станции используют интересный метод создания источника нейтронов на основе (γ, n) реакции. Сурьма-123, будучи стабильным ядром, под действием нейтронного излучения переходит в метастабильное состояние сурьмы-124. При бета-распаде сурьмы-124 испускаются гамма-кванты энергией 1,7 МэВ, которые, взаимодействуя с бериллием, создают источник нейтронов.

2.4Спонтанное деление

(18:32) Некоторые ядра могут спонтанно делиться без внешнего воздействия. Такие ядра перегружены протонами и нейтронами и готовы развалиться. При делении ядра образуются два-три новых нейтрона.

(19:06) Калифорний-252 является одним из лучших источников нейтронов благодаря высокой интенсивности спонтанного деления. Этот источник используется при первом запуске атомной станции, когда еще нет сурьмяно-бериллиевого источника.

2.5(p, n) реакции

(20:26) Протон, ударяя в ядро, вызывает реакцию скалывания (spallation). Для осуществления этой реакции протоны необходимо разогнать с помощью ускорителя, например, линейного.

2.6Реакции синтеза

(20:57) При слиянии легких ядер выделяется энергия в виде нейтронного излучения. В dT-реакции из 17 МэВ энергии 14 МэВ приходится на нейтронное излучение.

(21:56) Этот источник используется в так называемых термоядерных реакторах, которые находятся в стадии разработки.

2.7Ядерный реактор как источник нейтронов

(23:29) Ядерный реактор является лучшим источником нейтронов. Суть работы реактора заключается в поддержании цепной реакции деления.

(24:03) Существуют стационарные и импульсные исследовательские реакторы. Импульсные реакторы могут создавать более интенсивный, но короткий нейтронный импульс по сравнению со стационарными.

3