Нейтронные эффективные сечения

Характеризуют вероятность совершения ЯдР.

Рис. 1.9

Поток нейтронов, падающий на элементарную площадку

Пусть на единичную площадку толщиной в одно ядро направлен поток нейтронов интенсивностью 10. Часть нейтронов вступила в ЯдР с ядрами материала площадки. Оставшаяся часть нейтронов образует поток интенсивностью 1Г Тогда Д/ = /„-/, — количество нейтронов, вступивших в ЯдР на единичной площади за 1 с (интенсивность ядерных реакций).

— интенсивность потока нейтронов;

— число ядер на 1 см2 поверхности;

— интенсивность ядерных реакций.

о — коэффициент пропорциональности; — микроскопическое эффективное сечение реакции.

Единицы измерения о — см2 и барн:

1 барн = 10 21 см2 = 10 28 м2.

По типу ЯдР:

af — микроскопическое эффективное сечение реакции деления;

ot. — микроскопическое эффективное сечение радиационного захвата;

о, — микроскопическое эффективное сечение упругого рассеяния;

— микроскопическое эффективное сечение неупругого рассеяния.

Производные:

оа = af + ое — полного поглощения; os = ое + о„ — полного рассеяния.

Микроскопическое эффективное сечение не зависит от размеров ядра, а зависит от вида ядра, типа ядерной реакции и энергии нейтрона.

Например, для U5Xe а 2,72-10“ барн, а для Ы6Хе оо=5барн. При делении 235U быстрыми нейтронами (Е~ ~ 2 МэВ) ^=2,5 барн, а тепловыми гн~ 0,025 эВ) о/ = = 590 барн.

о характеризует интенсивность ЯдР на поверхности единичной площади толщиной в 1 ядро. Однако, если единичная площадка имеет толщину х, то интенсивность I потока нейтронов уменьшается по закону

где ? = о С — макроскопическое эффективное сечение реакции; С — концентрация ядер в1 см!; ? измеряется в см'1. Величина

— средний свободный пробег нейтрона в веществе до свершения ядерной реакции. Так же, как и о, ? и Я. подразделяются по типу ЯдР и поэтому записывается с определенными символами, например: ?а — макроскопическое эффективное

сечение полного рассеяния, а — средняя длина свободного пробега нейтрона до столкновения с нейтроном. Если в исследуемом объеме содержатся ядра различных веществ, то макроскопическое эффективное сечение всего объема равно сумме макроскопических сечений всех компонентов (свойство аддитивности):

Например, для топливной композиции UA13 (где U —

235 т т 238т tv

смесь U и U):

Нейтроны, образующиеся в результате деления ядра, называются мгновенными. Они имеют энергию 0,05 + 18 МэВ. Средняя энергия мгновенных нейтронов составляет 2 МэВ.

Поэтому их еще называют быстрыми.

В активной зоне ЯР с ними могут происходить следующие превращения.

Замедление. Замедление нейтронов происходит в результате упругого столкновения нейтронов с ядрами материалов активной зоны. При этом происходит уменьшение кинетической энергии нейтронов. Нейтроны, потерявшие энергию в результате замедления, называются тепловыми, поскольку они находятся в состоянии теплового равновесия с ядрами окружающей среды.

Наиболее вероятная энергия теплового нейтрона составляет 0,025 эВ, а соответствующая ей скорость теплового движения нейтрона равна 2200 м/с.

Нейтроны, имеющие энергию в интервале между быстрыми и тепловыми, называются промежуточными. В области энергий 1 эВ — 100 КэВ они активно поглощаются ядрами U-238 (резонансный захват). Поэтому еще они называются резонансными.

Поглощение. Нейтроны могут поглощаться ядрами материалов активной зоны либо без деления (радиационный захват), либо с делением.

Утечка. Нейтроны могут покидать пределы активной зоны как в процессе замедления, так и после их замедления до тепловой энергии (диффузия).

Напомним, что ядро i!hU может разделиться только нейтроном, имеющим энергию ?к>1,1 МэВ. Значение о, и <т для 2'i5U и 2J8U при взаимодействии с нейтронами различных энергий приведены в таблице 1.2. Отсутствие данных в таблице означает малые значения а, и сг, т. е. ими можно пренебречь.

Таблица 1.2

Значение а, и а для 23r’U и 2,i8U при взаимодействии с нейтронами различных энергий

Нейтроны

Энергия

О,, барн

t, барн

U-235

U-238

U-235

U-238

Быстрые

>100 КэВ

2,5

0,47

Резонансные

1эВ...100КэВ

4 103

Тепловые

< 1 эВ

590

2,7 ? 10"

108

2,8

В результате анализа таблицы 1.2 можно сделать следующие выводы.

  • 1. Вероятность деления ядер 2!'U тепловыми нейтронами практически в 200 раз выше, чем быстрыми, поэтому нейтроны в аз целесообразно замедлять.
  • 2. Деление ядер 2:i8U быстрыми нейтронами с Е > 1,1 МэВ возможно, однако вероятность этой реакции мала (<7} = = 0,47 6).
  • 3. Деление ядер "iSU тепловыми нейтронами практически невозможно (<7f = 2,7 • 10 б).
  • 4. В области резонансных энергий ядра 2,,8U активно поглощают нейтроны без деления — происходит резонансный захват (сг = 4 10’)(рис. 1.10).

Рис. 1.10

Зависимость микроскопических эффективных сечений деления ~>SU (1) и поглощения asU (2) от энергии нейтронов

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >