Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в ядерную физику (6 сем) / ЯДЕРКА (все вопросы, другая версия)
.pdf
38. Взаимодействие нейтронов с веществом. Замедление
нейтронов. Импульсная диаграмма рассеяния нейтрона на
протоне.
Классификация нейтронов по энергии:
•Холодные
•Тепловые 0.025эВ , Тн=кТ=8.6 ×10-6 эВ/К ´300К=0.025эВ, v»2км/с
•Медленные ~1кэВ
•Быстрые ~100 кэВ -10 МэВ
Особенности
•Отсутствие кулоновского барьера
Взаимодействие возможно при самых малых энергиях, Е
порог
~kT
- Упругое и неупругое рассеяние (n,n), (n,n’),
-Захват нейтронов ядрами (n,p), (n,a)
-Радиационный захват (n,g)
-Деление (n,f)
Реакции регистрации
Источники нейтронов:
Взаимодействие нейтронов с веществом:
Упругое рассеяние нейтронов
Нейтронный захват — вид ядерной реакции, в которой ядро атома соединяется с нейтроном и образует
более тяжёлое ядро: (A, Z) + n → (A+1, Z) + γ.
Замедление нейтронов:
Замедление нейтронов — процесс уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате
их многократных столкновений с атомными ядрами вещества.
39. Деление ядер нейтронами.
Деление атомных ядер может быть вызвано различными частицами, однако практически
наиболее выгодно использовать для этой цели нейтроны. Отсутствие кулоновского
отталкивания позволяет нейтронам со сколь угодно малой кинетической энергией
приблизиться к ядру на расстояние меньше радиуса действия ядерных сил. Захват ядром
нейтрона приводит к возбуждению ядра, и, если энергия возбуждения достаточна,
происходит деление. Величина сечения деления
дел
всегда меньше величины сечения
захвата
захв
, так как существуют другие каналы распада возбужденных ядер.
Рис.6. Зависимость сечения захвата и сечения деления
235
U
нейтронами от их энергии (верхняя линия - сечение захвата,
нижняя - сечение деления). Пунктир - сечение рассеяния
нейтронов
Эффективное сечение деления ядер нейтронами может быть записано в следующем виде:
f.8
где Г
дел
- вероятность деления ядра после захвата нейтрона, а Гi - вероятность распада
этого ядра по i-ому каналу.
Наиболее существенными каналами распада помимо деления являются испускание квантов и нейтронов. Многие тяжелые ядра делятся тепловыми нейтронами, при этом
сечение деления достигает нескольких сотен барн. Так, например, сечение деления
235
U
тепловыми нейтронами равно 580 б. При увеличении энергии нейтронов сечение захвата
захв
, а следовательно, и сечение деления
дел
уменьшается, причем всегда
дел
<
захв
(см.
рис. 6), Сечение деления
235
U быстрыми нейтронами равно всего около 1.5 б. Изотоп урана
238
U делится быстрыми нейтронами с энергией >1 МэВ. Сечение деления
238
U быстрыми
нейтронами примерно в два раза меньше, чем для
235
U (см. рис.7).
Деление изотопов урана
238
U и
235
U нейтронами
Рис.7. Зависимость сечения деления
235
U
и
238
U быстрыми нейтронами от их
энергии
Процесс деления изотопов урана
238
U и
235
U под действием нейтронов представляет особый
интерес, т.к. они используются в качестве топлива в ядерных реакторах. Естественная
смесь содержит 99.3% изотопа урана
238
U и 0.7% изотопа
235
U.
При захвате ядром с массовым числом А нейтрона с кинетической энергией Еn
энергия возбуждения ядра А + 1 определяется соотношением
E* = В(n) + ЕnA/(A+1) В(n) + Еn,
f.7
где В(n) - энергия отделения нейтрона в ядре A+1.
Возможны два случая:
1. Энергия отделения нейтрона больше барьера деления, т. е. В(n) > Н.
2. Энергия отделения нейтрона меньше барьера деления, т.е. В(n) < Н.
В первом случае деление возможно при захвате нейтронов любой энергии. Во втором
случае, для того чтобы произошло деление, нейтроны должны иметь кинетическую энергию
Еn > Н - В(n), т. е. существует порог деления. Это соотношение между высотой барьера
деления и энергией отделения нейтрона приводит к различию в энергии нейтронов, которые
могут вызвать деление изотопов урана
238
U и
235
U.
238
U делится нейтронами с энергией Еn > 1 МэВ.
235
U делится под действием нейтронов
любой энергии. Энергия возбуждения ядра
236
U после захвата теплового нейтрона
превышает высоту потенциального барьера, в то время как для
239
U энергия отделения
нейтрона меньше высоты барьера на 1 МэВ. Поэтому тепловые нейтроны не вызывают
деления
239
U. Минимально возможная кинетическая энергия, которой должен обладать
нейтрон, чтобы вызвать деление ядра
238
U, равна разности высоты барьера и энергии
отделения нейтрона в ядре
239
U, т.е. 1 МэВ.
слишком много разных изотопов , кажется здесь ошибки в массовых числах
Различие в делении этих изотопов урана объясняется двумя обстоятельствами.
1. Так как Z
2
/А для
239
U меньше, чем для
236
U (нужно рассматривать деление ядра,
захватившего нейтрон), то величина барьера Н для первого из этих изотопов будет
больше.
2. При захвате теплового нейтрона энергия возбуждения конечных ядер
236
U и
239
U
оказывается различной. Эта энергия равна энергии отделения нейтрона в конечном
ядре (очень малой кинетической энергией теплового нейтрона можно пренебречь).
Так как ядро
236
U - четно-четное, а
239
U - нечетно-четное, то энергия отделения
нейтрона в
236
U больше, чем в
239
U (6.5 МэВ против 4.8 МэВ).
40. Цепная ядерная реакция. Критическая длина, критическая масса.
41. Принцип работы ядерного реактора на тепловых нейтронах. Задача о
числе соударений для замедления нейтронов до тепловых энергий. Выбор
вещества замедлителя нейтронов.
ПРО ТЕПЛОВЫЕ НЕЙТРОНЫ и РЕАКТОРЫ
При дальнейшем увеличении разбавления 235U замедлителем часть замедляющихся
нейтронов попадет по энергетической шкале в тепловую область, где их энергия
сравнима с энергией теплового движения ядер среды.
При достаточно большом разбавлении значительная часть нейтронов деления в
размножающей среде сможет замедлиться до тепловых энергий. В такой размножающей
среде основная доля делений будет осуществляться тепловыми нейтронами, и
поэтому эта среда называется средой на тепловых нейтронах. Однако, наряду с
тепловыми нейтронами, в спектре этой среды присутствуют нейтроны всех других
энергий, включая быстрые и промежуточные.
Заметим, что такое представление коэффициента размножения в тепловом реакторе не
учитывает процесс деления ядер 235U нейтронами спектра деления и промежуточного
спектра. Поскольку обогащение топлива в реакторах на тепловых нейтронах не
слишком сильно отличается от обогащения природного урана, то делением на
быстрых нейтронах 235U можно пренебречь по сравнению с делением ядер 238U .
ПРО ЧИСЛО СОУДАРЕНИЙ
Соседние файлы в папке Введение в ядерную физику (6 сем)