Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 107. Лабораторные источники нейтронов. Замедлители нейтронов в ядерных реакторахВ лабораториях для получения нейтронов чаще всего пользуются радиево-бериллиевым источником: какую-либо радиевую соль в количестве Для создания источников «монохроматических» нейтронов (т. е. пучков нейтронов с одинаковой энергией) используют ядерные превращения, вызываемые у-лучами. Так, облучение бериллия у-лу-чами, испускаемыми ядрами радия, дает нейтроны с энергиями Описанные источники нейтронов обычно устраивают, помещая в центре ампулы крупинку радиоактивного вещества, излучающего у-лучи, и окружая эту крупинку бериллием, тяжелой водой или другим веществом, которое служит облучаемой «мишенью». Для получения нейтронов с большой кинетической энергией применяют облучение мишеней пучками искусственно ускоренных протонов и дейтонов. Мишенями служат чаще всего бериллий, литий, алюминий и лед тяжелой воды (лед тяжелой воды наносят на металлическую подкладку, которую при бомбардировке мишени интенсивно охлаждают жидким воздухом). Для ускорения протонов и дейтонов пользуются аппаратами, описанными в предыдущих параграфах. Большие фазотроны при бомбардировке мишеней протонами дают нейтроны с энергией в сотни мегаэлектроновольт. Когда для опытов требуется большая корпускулярная плотность потока нейтронов при их энергии порядка нескольких мегаэлектроновольт или десятков мегаэлектроновольт, то облучение мишеней производят пучками протонов и дейтонов, ускоренных в циклотронах (так как плотность ионного тока, создаваемого большими циклотронами, несравненно больше плотности тока, создаваемого другими аппаратами). Наиболее мощными источниками нейтронов являются ядерные реакторы. В них плотность потока составляет Для действия ядерных реакторов (§ 118) весьма важным процессом является замедление нейтронов до небольшой скорости движения. Нейтроны с кинетической энергией, измеряемой миллионами электроновольт и не меньшей той величины, при которой они вызывают деление ядер Скорость нейтронов при разных энергиях
При некоторых, характерных для разных атомных ядер значениях энергии, чаще всего порядка В ядерных реакторах используется уран, состоящий из двух изотопов: Замедление нейтронов происходит при их столкновениях с атомными ядрами. Эти столкновения могут быть упругими или неупругими. Неупругие столкновения могут происходить, когда энергия нейтрона достаточна велика, чтобы привести ядро в возбужденное состояние. При энергиях нейтрона в сотни мегаэлектроновольт неупругие соударения нейтронов с ядрами быстро приводят к понижению энергии нейтронов до величин порядка классической механики следует, что доля кинетической энергии, передаваемой при центральном ударе телом массы
Когда масса ядра Соударения нейтронов с электронами не приводят к заметному уменьшению энергии нейтрона из-за большого различия в массах; согласно вышеприведенному выражению энергия нейтрона уменьшается в этом случае только на 0,2%. В связи со сказанным в качестве замедлителей нейтронов до тепловых скоростей применяют чаще всего водородсодержащие вещества (воду, парафин) и графит. Быстрые нейтроны с энергией порядка В графите после 10 соударений с ядрами углерода энергия нейтронов уменьшается в 10 раз. Замедление нейтрона от энергии порядка Когда для получения тепловых нейтронов пользуются ампулами с радиево-бериллиевой смесью, то помещают такую ампулу в парафин; парафин применяют также для замедления нейтронов, полученных при облучении мишеней ионами, ускоренными в циклотронах и других аппаратах. Но парафин и другие водородсодержащие вещества (точнее, вещества, содержащие легкий изотоп водорода) не всегда являются подходящими замедлителями нейтронов. Дело в том, что при столкновении медленных нейтронов с протонами в значительном числе случаев происходит захват нейтрона протоном с образованием дейтона. Таким образом, при замедлении нейтронов протонсодержащими веществами число замедляемых нейтронов существенно уменьшается. Поэтому, когда замедление нейтронов проводят не для исследования свойств медленных нейтронов, а для возможно более полного использования медленных нейтронов в вызываемых ими ядерных реакциях, то во избежание бесполезной потери нейтронов (потери, которая способна расстроить действие ядерного реактора) в качестве замедлителей применяют вещества, не поглощающие нейтроны. Для ядерных реакторов лучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода; но вследствие ее дороговизны в реакторах вместо тяжелой воды часто применяют графит. В помещенной ниже таблице указаны свойства важнейших замедлителей нейтронов. Решающую роль играет коэффициент замедления, указывающий, во сколько раз эффект замедления превышает поглощение нейтронов. При 70—100 соударениях с ядрами лития и бора нейтроны замедляются до тепловых скоростей (т. е. быстрее, чем в графите), но ядра лития, бора, кадмия отличаются исключительно большим поглощением нейтронов, и поэтому для них коэффициент замедления ничтожно мал. Замедляющие свойства легких ядер (см. скан) В ядерных реакторах урановые стержни опускают в тяжелую воду или в графитовую массу, причем объем этих замедлителей нейтронов путем расчета и экспериментов выбирают так, чтобы имелась возможность стабилизировать процесс каскадного размножения нейтронов. Такая стабилизация наступает тогда, когда число нейтронов, ежесекундно образующихся при делении ядер, становится равным сумме чисел нейтронов, ежесекундно поглощаемых без деления ядер и выходящих из реактора наружу. Чтобы точно обеспечить и, когда нужно, изменять эту стабилизацию процесса размножения нейтронов в реакторе, применяют легко вводимые в реактор и выдвигаемые из него стержни, изготовленные из стали с большим содержанием веществ, сильно поглощающих нейтроны, — обычно кадмия или соединений бора. Если размножение нейтронов в реакторе почему-либо стало происходить слишком быстро, то приборы автоматического контроля немедленно вводят в реактор поглощающие нейтроны стержни, а в противоположном случае несколько выдвигают их из реактора.
|
1 |
Оглавление
|