Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс) / 155_Основы нейтронной физики

Рис. 1.10. Энергетические зависимости нейтронных сечений 16О

Рис. 1.11. Энергетические зависимости нейтронных сечений 12С

32

В энергетической зависимости полного сечения взаимодействия нейтронов с основным изотопом кислорода – 16О наблюдаются резонансные пики при энергиях, соответствующих возбужденным уровням 17О, лежащим выше энергии связи нейтрона в этом ядре

(см. рис. 1.10, рис.1.2).

На рис. 1.12 приведены энергетические зависимости полного сечения 23Na и сечения радиационного захвата нейтронов 23Na.

23Na используется в качестве теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах. Характерной особенностью является сильный резонанс при Е = 2,8 кэВ. При высоких энергиях наблюдается сложная резонансная структура сечений, в которой есть интерференционные минимумы. Однако эти минимумы не такие «глубокие», как в случае 16О. Известно, что проникновение нейтронов через большие объемы, занимаемые 23Na, определяется именно минимумами в энергетической зависимости полного сечения 23Na (в современных быстрых реакторах объемы, занимаемые 23Na, велики).

На рис. 1.13 приведена энергетическая зависимость полного сечения 56Fe. Железо – важнейший конструкционный материал. В природной смеси содержится четыре изотопа железа: 54Fe (5,8 %),

56Fe (91,72 %), 57Fe (2,2 %), 58Fe (0,28 %) (в скобках указано относительное содержание изотопов). У основного изотопа железа 56Fe есть резонанс при Е 1 кэВ. Нейтронная ширина этого резонанса много меньше радиационной, поэтому полное сечение в резонансе при Е 1 кэВ определяется реакцией 56Fe(n, ). При более высоких энергиях проявляются глубокие интерференционные минимумы в энергетической зависимости полного сечения 56Fe. Энергетический порог реакции неупругого рассеяния на 56Fe 0,86 МэВ (см. рис. 1.2). При Е 1 МэВ неупругое рассеяние дает большой вклад в полное сечение железа.

На рис. 1.14 и 1.15 приведены энергетические зависимости нейтронных сечений одного из важнейших реакторных материалов – 235U. При Е 0,2 эВ зависимость полного сечения 235U уменьшается быстрее, чем это следует по закону 1/V. Наблюдается сложная резонансная структура в энергетической зависимости полного сечения 235U: некоторые резонансы перекрывают друг друга своими крыльями.

33

Рис. 1.12. Энергетические зависимости нейтронных сечений 23Na

Рис. 1.13. Энергетическая зависимость полного сечения 56Fe

34

По мере увеличения энергии, нейтронные ширины резонансов увеличиваются, поэтому наложение резонансов друг на друга увеличивается. Резонансная структура сечений у 235U проявляется

до (20 30) кэВ.

При высоких энергиях (см. рис. 1.15) по мере роста сечения неупругого рассеяния на 235U сечение радиационного захвата 235U быстро уменьшается. В этом проявляется эффект конкуренции разных способов перехода компаунд-ядра: возможность возбуждения новых уровней у ядра-мишени – 235U при неупругом рассеянии нейтронов снижает вероятность радиационного захвата. Компаунд-ядро – 236U – «не успевает» испустить гамма-квант, так как снятие возбуждения компаунд-ядра происходит путем

испускания нейтрона (или путем деления компаунд-ядра).

На рис. 1.16 и 1.17 приводятся энергетические зависимости сечений 238U. На рис. 1.16 приводится примерно четверть области разрешенных резонансов, представляющей наиболее важную ее часть. 238U – основной поглотитель нейтронов в ядерных реакторах АЭС, и основная доля поглощений нейтронов происходит в резонансах, лежащих ниже (200 300) эВ. Низколежащие резонансы

238U обусловлены, в основном, радиационным захватом (т.е. у этих

резонансов Г Гn). Масштаб не позволяет визуально различить резонансы 238U в области разрешенных резонансов при высокой энергии (резонансы визуально «сливаются»). Для 238U верхняя

граница области неразрешенных резонансов составляет 200 кэВ. Выше этой энергии резонансная структура практически полностью сглаживается.

Деление 239U, образующегося в результате захвата нейтрона 238U, с заметной вероятностью происходит при Е > 1 МэВ. По мере возрастания энергии нейтронов сечение деления 238U резко возрастает и при Е = 2,5 МэВ достигает плато, на котором сечение деления 238U 0,6 барн. Эффективный порог деления

238U 1,4 МэВ.

36

На рис. 1.18 и 1.19 приводятся энергетические зависимости сечений 239Pu. Для 239Pu энергетические зависимости сечений существенно отличаются от аналогичных зависимостей для 235U. Как у 235U, так и у 239Pu есть резонанс при Е 0,3 эВ, но у 239Pu

значение сечения в максимуме резонанса при Е 0,3 эВ значительно больше. Именно этот резонанс определяет величину сечений 239Pu при низких энергиях. Энергетическая зависимость сечения 239Pu увеличивается медленнее, чем это следует в соответствии с законом 1/V. Из сравнения рис. 1.18 и рис 1.19 видно, что расстояния по шкале энергий между резонансами 239Pu

больше, чем между резонансами 235U. В области неразрешенных резонансов и в нерезонансной области энергетические зависимости сечений у 239Pu и 235U качественно подобны.

Рис. 1.16. Энергетические зависимости нейтронных сечений 238U (медленные нейтроны)

37

Глава 2 НЕЙТРОННЫЕ РЕАКЦИИ

_________________________________________________________

2.1. Радиационный захват нейтронов

Радиационный захват нейтронов – реакция поглощения нейтрона с образованием компаунд-ядра, переход которого в основное состояние сопровождается испусканием гаммаизлучения. Обычно испускается от одного до нескольких гаммаквантов. Схема (n, )-реакции:

ZAB* n AZ1B* AZ1B .

Реакция (n, ) оказывается наиболее вероятной по сравнению с другими ядерными реакциями при взаимодействии медленных нейтронов с тяжелыми ядрами (массовое число А > 80). Реакция (n, ) происходит при любых энергиях нейтронов и с выделением энергии.

Энергия возбуждения компаунд-ядра E* (6 8) МэВ. При захвате нейтронов с небольшой энергией вероятность того, что энергия возбуждения компаунд-ядра сосредоточится на одном нейтроне, который покинет ядро, невелика. При взаимодействии медленных нейтронов с ядрами (особенно тяжелыми, содержащими большое число нуклонов) эффективные сечения (n, )-реакции, как правило, больше, чем сечения реакции упругого резонансного рассеяния (n,n). Наблюдаются закономерности в

радиационный захват вероятнее упругого резонансного рассеяния. На рис. 2.1 приведены энергетические зависимости сечений

радиационного захвата 238U, 56Fe, 11B.

Тенденции в энергетических зависимостях сечений радиационного захвата:

при увеличении массового числа ядра-мишени сечения увеличиваются и резонансная структура сдвигается в область более низких энергий;

сечения в области энергий Е > 107 эВ для разных ядер приближаются к значению 1 10-3 б;

40