Уповільнення нейтронів
Уповільнення нейтронів- процес зменшення кінетичної енергії вільних нейтронів внаслідок їх багаторазових зіткнень з атомними ядрами речовини. Речовина, в якій відбувається процес уповільнення нейтронів, називаєтьсяуповільнювачем. Уповільнення нейтронів застосовується, наприклад, ядерних реакторах на теплових нейтронах.
Зміст
У ході ядерних реакцій утворюються, як правило, швидкі нейтрони (з енергією 1 МеВ). Швидкі нейтрони при зіткненнях з атомними ядрами втрачають енергію великими порціями, витрачаючи її, головним чином, збудження ядер чи його розщеплення. В результаті одного або кількох зіткнень енергія нейтрону стає менше мінімальної енергії збудження ядра (від десятків кеВ до кількох МеВ, залежно від властивостей ядра). Після цього розсіювання нейтрона ядром стає пружним, тобто нейтрон витрачає енергію повідомлення ядру швидкості без зміни його внутрішнього стану. При одному пружному зіткненні нейтрон втрачає, в середньому, частку енергії, що дорівнює 2 A (A + 1) 2 >>> де А - масове число ядра-мішені. Ця частка мала для важких ядер (1/100 для свинцю) і для легких ядер 1/7 для вуглецю і 1/2 для водню). Тому уповільнення нейтронів відбувається на легких ядрах набагато швидше, ніж важких.
| Свинець | 1600 | 1300 | 200 |
| Графіт | 110 | 70 | 43 |
| Вода | 23 | 3 | 13 |
Середня кількість зіткнень N, середній час уповільнення t і середнє квадратичне видалення LБ нейтрону від джерела при уповільненні нейтрону в необмеженому середовищі від енергії 1 МеВ до енергії 0,1 еВ.
В процесіуповільнення нейтронів утворюються т.з.теплові нейтрони, що знаходяться в тепловій рівновазі з середовищем, в якому відбувається уповільнення. Середня енергія теплового нейтрона за кімнатної температури дорівнює 0,04 еВ.
У процесі уповільнення частина нейтронів поглинається ядрами або вилітає із середовища назовні, тобто губиться. У сповільнювачах, що містять легкі ядра, втрати на поглинання малі і більшість нейтронів, випущених джерелом, перетворюється на теплові нейтрони, за умови, що розміри сповільнювача досить великі, порівняно з розміром LБ.
До кращих сповільнювачів, що широко використовуються в ядерній фізиці та ядерній техніці для перетворення швидких нейтронів на теплові, відносяться вода, важка вода, берилій, графіт.
Переваги звичайної води як сповільнювача – її доступність та дешевизна. Недоліками води є низька температура кипіння (100 °C при тиску 1 атм) та поглинання теплових нейтронів. Перший недолік усувається підвищенням тиску першому контурі. Поглинання теплових нейтронів водою компенсують застосуванням ядерного палива на основі збагаченого урану.
Тяжка вода
Важка вода за своїми хімічними та теплофізичними властивостями мало відрізняється від звичайної води. Вона практично не поглинає нейтронів, що дає можливість використовувати як ядерне паливо природний уран у реакторах з важководним сповільнювачем. Недоліком важкої води є висока вартість.
Природний графіт містить до 20% різних домішок, у тому числі бор, хороший поглинач. Тому природний графіт непридатний як уповільнювач нейтронів. Реакторний графіт отримують штучно із суміші нафтового коксу та кам'яновугільної смоли. Спочатку із суміші пресують блоки, а потім ці блоки термічно обробляють при високійтемпературі. Графіт має густину 1,6-1,8 г/см 3 . Він сублімує за температури 3800—3900 °C. Нагрітий у повітрі до 400 ° C графіт спалахує. Тому в енергетичних реакторах він міститься у атмосфері інертного газу (гелій, азот).
Берилій один із найкращих сповільнювачів. Він має високу температуру плавлення (1282 °C) та теплопровідність, сумісний з вуглекислим газом, водою, повітрям та деякими рідкими металами. Однак у пороговій реакції 9 Be(n, 2n)2α виникає гелій, тому при інтенсивному опроміненні швидкими нейтронами всередині берилію накопичується газ, під тиском якого берилій розпухає. Застосування берилію обмежене також його високою вартістю. Крім того, берилій та його сполуки дуже токсичні. З берилію виготовляють відбивачі та витіснячі води в активній зоні дослідницьких реакторів.