K. Pytel Świerk, listopad 2000 Spis treści



Pobieranie 7,01 Mb.
Strona1/74
Data15.02.2018
Rozmiar7,01 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   74







POMIARY STRUMIENI NEUTRONÓW W REAKTORZE MARIA
K. Pytel

Świerk, listopad 2000

Spis treści:

1. WSTĘP 5

2. WIDMO NEUTRONÓW 6

2.1. Neutrony termiczne 6

2.2. Neutrony epitermiczne 8

2.3. Neutrony prędkie 10

3. PRZEKROJE CZYNNE I SZYBKOŚCI REAKCJI 12

4. EFEKTY SAMOPRZESŁANIANIA NEUTRONÓW 15

4.1. Neutrony monoenergetyczne 16

4.2. Neutrony termiczne 17

4.3. Neutrony epitermiczne i przekrój czynny "1/v" 18

4.4. Aktywacja rezonansowa 19

4.5. Neutrony prędkie 19

4.6. Błędy współczynników samoprzesłaniania 20

5. AKTYWACJA I SCHŁADZANIE 21

5.1. Błędy pomiaru szybkości reakcji 23

6. METODY POMIARU STRUMIENI NEUTRONÓW TERMICZNYCH 24

6.1. Metoda dwóch różnych detektorów (Au+Co) 24

6.2. Metoda dwóch detektorów z jednym w osłonie kadmowej (Au+Au[Cd]) 25

6.3. Metoda pojedynczego detektora (Au, Co, AlCo) 27

7. POMIARY STRUMIENI NEUTRONÓW PRĘDKICH 28

7.1. Metoda pojedynczego detektora progowego (Ni) 28

DODATEK (Dane jądrowe detektorów) 32

REFERENCJE 34



1. WSTĘP.

Strumienie i widma neutronów są podstawowymi parametrami, charakteryzującymi badawczy reaktor jądrowy. Są to parametry lokalne, tzn. zależne od miejsca w reaktorze. Ich znajomość jest w szczególności ważna w miejscach, w których dokonywane są napromieniania tzw. materiałów tarczowych do wytwarzania izotopów promieniotwórczych.

Strumień neutronów, a właściwie gęstość strumienia neutronów określa się jako liczbę neutronów, przechodzących we wszystkich kierunkach przez jednostkową powierzchnię w ciągu sekundy. Jednostką gęstości strumienia neutronów jest [n/cm2s].

Wewnątrz reaktora neutrony poruszają się we wszystkich kierunkach. Z dobrym przybliżeniem możemy przyjąć, że żaden kierunek nie jest uprzywilejowany; w takim przypadku mówimy o izotropowym polu neutronowym. Jeśli neutrony wyprowadzane są z reaktora na dużą odległość poprzez tzw. kanał poziomy, wówczas mamy do czynienia z wiązką neutronów. Najczęściej poprawne jest założenie, że jest to wiązka równoległa.

Oprócz różnic w intensywności strumienia neutronów i kierunku ich ruchu, neutrony charakteryzują się różnorodnymi energiami kinetycznymi. W strumieniu neutronów występują neutrony o różnych energiach; udział neutronów o różnych energiach w widmie energetycznym zależy od miejsca w reaktorze. Przez widmo energetyczne rozumie się zależność liczby neutronów od ich energii lub bardziej precyzyjnie: gęstość strumienia neutronów, przypadających na jednostkę energii w pełnym zakresie energetycznym.

Jedną z metod pomiaru gęstości strumieni neutronów w reaktorze w całym zakresie widma energetycznego jest metoda detektorów aktywacyjnych. Specjalnie dobrane materiały o dobrze znanych przekrojach czynnych na reakcje z neutronami są najpierw poddane napromienianiu w polu neutronów w reaktorze jądrowym, gdzie w wyniku reakcji jądrowych powstają izotopy promieniotwórcze. Mierząc aktywność, czyli szybkość rozpadu promieniotwórczego takich izotopów można określić gęstość strumienia neutronów w miejscu napromieniania materiałów. Do pomiarów aktywności detektorów wykorzystuje się na ogół promieniowanie gamma, towarzyszące rozpadom promieniotwórczym powstałych izotopów promieniotwórczych.

Powszechnie stosowanymi detektorami aktywacyjnymi w zakresie tzw. neutronów termicznych i epitermicznych są pierwiastki Au i Co, które charakteryzują się względnie dużymi przekrojami czynnymi na reakcje wychwytu radiacyjnego, a także łatwo mierzalnymi liniami widmowymi promieniowania gamma. Z kolei w zakresie wysokich energii neutronów powszechnie stosowany jest nikiel.

W opisie poniższym przedstawiono szczegółowo algorytmy obliczeniowe, stosowane przy obróbce wyników pomiarów strumieni neutronów.



2. WIDMO NEUTRONÓW.

Neutrony, powstające w reaktorze jądrowym w wyniku rozszczepień mają średnie energie rzędu 2MeV. W reaktorze termicznym neutrony te są spowalniane do energii termicznych rzędu 0.025eV. Tak więc widmo energetyczne neutronów w reaktorze obejmuje co najmniej 8 rzędów wielkości.

W widmie neutronów wyróżnia się trzy główne grupy:

• neutrony termiczne, będące w równowadze termicznej z moderatorem, o energiach do kilkuset meV,

• neutrony epitermiczne o energiach w zakresie sześciu rzędów: od kilkuset meV do kilkuset keV,

• neutrony prędkie o średnich energiach rzędu 1 ¸ 2 MeV, nazywane niekiedy neutronami rozszczepieniowymi.

Podział na takie grupy wynika zarówno z samego kształtu widma neutronów, jak i ich sposobów oddziaływania z jądrami materii. Należy podkreślić, że podział ten jest dość arbitralny, a widmo neutronów w reaktorze ma charakter ciągły, bez wyraźnie zdefiniowanych granic.

Ścisłe określenie granic grup energii jest natomiast konieczne przy tzw. wielogrupowym podejściu do widma neutronów, stosowanym np. w obliczeniach fizycznych.

Podczas obróbki wyników pomiarów aktywacyjnych widmo neutronów przedstawia się jako kombinację funkcji ciągłych, co ma dobre uzasadnienie fizyczne. Przejście od funkcji ciągłych do postaci grupowej jest dość proste i zostanie omówione w dalszej części opracowania.

2.1. Neutrony termiczne.

Kiedy neutrony osiągają stan równowagi termicznej z moderatorem, wówczas ich energie są określone rozkładem energii atomów moderatora. Jeśli efekt pochłaniania neutronów jest niewielki, a tak się dzieje w przypadku dobrych moderatorów, to widmo neutronów opisane jest rozkładem Maxwella.



Parametrem charakteryzującym rozkład Maxwella jest temperatura (indeks n wskazuje na to, że jest to tzw. efektywna temperatura neutronów). Temperaturze tej odpowiada najbardziej prawdopodobna prędkość neutronów:

gdzie: k - stała Boltzmana, a m - masa neutronu.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   74


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna