Замедление и диффузия нейтронов.

За время существования нейтрона с момента испускания при давлении до момента поглощения проходят 2 процесса:

1).процесс замедления быстрого нейтрона от энергии деления(~2 Мэв) до тепловой энергии(<0,2эв)(0,025эв);

2).процесс диффузии теплового нейтрона.

Время существования нейтрона ~0,001сек и зависит от состава активной зоны.

Нейтроны подобно газам диффундируют из области с большей плотностью в область с меньшей плотностью.

Между столкновениями- прямой участок. Типичная траектория- зигзагообразный вид из прямолинейных отрезков разной длины.

Если бы отсутствовал нейтронный захват- траектория бесконечна. После рассеивающего соударения движется по направлению, образующему угол ψ с первоначальным направлением движения.

Угол ψ-у рассеяния. Важно для изучения диффузии и замедления, какова вероятность рассеяния в любом направлении. Экспериментально установлено, что имеет тенденцию к рассеянию в направлении своего первоначального движения.

Если бы рассеяние происходило с одинаковой вероятностью во все стороны (изотропное рассеяние), то значение const, осредненное по всем столкновениям было бы =0.

В действительности же средний cos ψ >0 (нуля) и определяется равенством cos ψ= ,

где А-массовое число рассеивающего ядра.

.

 

 

Элемент H D He Li Be C O2 Na U
Масс. Число
cos ψ 0.667 0.333 0.167 0.0954 0.0743 0.0356 0.0417 0.029 0.0028

 

Начиная с бериллия, отклонение почти изотропно. При изотропном рассеянии среднее расстояние, проходимое между рассеивающими соударениями равно

В действительности же эффективное расстояние больше, чем средняя длина свободного пробега λs, вследствие преимущественного рассеяния вперед. Это расстояние назавают транспортной длиной свободного пробега:

По аналогии с е вводится также понятие о транспортном сечении

Т.к. в качестве замедлителя в ядерных реакторах используют легкие элементы, то процесс замедления быстрых нейтронов происходит в основном в результате упругого рассеяния .

Потеря энергии при соударении зависит от ψ. При ψ=0 Е21=1. Наибольшая потеря Е при столкновения происходят при ψ= 0-π. При прочих равных условиях замедлитель тем эффективнее, чем больше энергии будет терять быстрый деления

при столкновении с ядрами замедлителя.

В качестве меры изменения энергии нейтрона при упругом столкновении испускается средний логарифмический декремент энергии на 1 столкновение(или средняя логарифмическая потеря энергии):

ξ=(ln Е21 )ср,

Е1- до столкновения

Е2- после столкновения

Усредненная по всевозможным углам рассеяния величина ξ зависит только от атомного веса элемента А:

т.е ξ не зависит от начальной энергии .

Это значит, что в среднем теряет одну и ту же долю своей первоначальной энергии независимо от того, при какой начальной энергии нейтрона произошло столкновение.

Высота ступенек говорит о изменении ln Е приходяшиеся на 1 столкновение, т.е. определяет ξ.,т.к. ξ не зависит от Е, то в среднем высота ступенек одинакова в течение всего времени замедления.

Среднее число столкновений с атомами вещества, необходимое для уменьшения энергии от Е1 до Е2 определяется соотношением

Физически-с увеличением ξ. Увеличивается потеря Е на 1 атом, а значит, уменьшается среднее число столкновений необходимых для снижения Е=2Мэв до 0,025эв.

С растет с увеличением массового числа ядер замедлителя(на воде требуется 19 столкновений, а на графите-114). Чем меньше С, тем лучше замедлитель. Однако и С,и ξ не достаточно полно отражают замедлительные свойства вещества. Они определяются средней потерей энергии на 1 столкновение, но не отражают того, на сколько вероятно рассеивающее столкновение нейтрона с ядрами данного замедлителя. Последнее определяется макроскопическим поперечным сечением рассеяния.

Σs= σs∙N,

где σs- микроскопическое сечение;

N-плотность ядер замедлителя

Поэтому в качестве более подходящей характеристики замедляющих свойств вводится произведение:

ξΣs, называемое замедляющей способностью, т.к. оно характеризуется и потерей Е(ξ), и вероятностью того ,что произойдет столкновение. При выборе замедлителя приходится считаться с тем важным требованием, чтобы он возможно меньше поглощал нейтроны. Поэтому вводится к-т замедлитель:

Для замедлителя ядерных реакторов могут использоваться только такие вещества, которые одновременно обладают высокими значениями кз и замедляющей способностью ξΣs. Такими материалами являются обычная вода, тяжелая вода, графит, бериллий, окись бериллия и некоторые органические жидкости. Наилучший- тяжелая вода. В обычной воде кз наименьшее из-за повышенного захвата тепловых нейтронов в водороде.

 

вещество ξ. С   кз σа σs        
Вода 0,918 1,53 0,66 0,0218 1,45 2,7
Тяжелая вода 0,51 0,37 2,6∙10-3 0,86∙10-4 0,50
Бериллий 0,207 0,176 9∙10-3 10,8∙10-4 0,84
Окись бериллия 0,174 0,129 9∙10-3 11,2 6,5∙10-4 0,81
Дифения 0,892 1,5   4∙10-3 4,8 3,32∙10-4 0,998
Дифениальная смесь 0,886 1,61 117,5
Графит 0,158 0,064 4∙10-3 4,8 3,32∙10-4 0,998
Гелий в нормальном состоянии 0,525 1,6∙10-5
Литий 0,268 0,0172 Ничтожно малы
Бор 0,171 0,0875

 

В процессе замедления помимо изменения энергии, имеет место смещение нейтрона в пространстве от точки его испускания до точки , где он становится тепловым. Смещение в пространстве продолжается и в процессе диффузии ,достигшего теплового уровня.

Средняя величина расстояния по прямой, проходимого нейтроном в процессе замедления и диффузии, оказывает непосредственное влияние на критические размеры реактора, т.к. это величина определяет вероятность утечки нейтронов из активной зоны.

Для оценки смещения в пространстве в процессе замедления вводится параметр, называемый символическим возрастом нейтронов(или возрастом по Ферми или просто возрастом) и определяется как чистая часть осредненного(по многим нейтронам) квадрата расстояния по прямой, на которое смещается нейтрон в процессе замедления от энергии деления до некоторой энергии Е. В теории тепловых ядерных реакторов особый интерес имеет возраст тепловых нейтронов τ:

Возраст определяется не временем, а см2 ,поэтому и называется символическим, но он естественно, связан со временем существования нейтрона от рождения до полууровня.

 

 








Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 2397;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.