Podstawy fizyki jÄdrowej dla inÅynierÃ³w

More documents

Recommendations

Info

50 Rozdział 6. Reakcje rozszczepienia jądra atomowego W zderzeniach spręŜystych neutron przekazuje część energii kinetycznej innemu jądru. Zjawisko to wykorzystywane jest w reaktorach jądrowych do spowalniania neutronów. Zderzenia niespręŜyste. W tym oddziaływaniu nie zostaje spełnione prawo zachowania energii kinetycznej, spełnione jest natomiast prawo zachowania energii całkowitej. W kaŜdym zderzeniu z jądrem neutron traci część energii kinetycznej. Tę energię jądro przejmuje w postaci energii kinetycznej jądra odrzutu i dodatkowo wzbudza się. Prawo zachowania energii całkowitej: ∗ T + T = T′ + T′ + E ) n j n j ( j ∗ gdzie ( E j ) – energia wzbudzenia trafionego jądra. Przyjmujemy, jak poprzednio, Ŝe T ′j = 0 i otrzymujemy: T ′ = T −T′ − E ) n n j ( j ∗ Widzimy więc, Ŝe energia kinetyczna rozproszonego neutronu maleje, a zatem prawo zachowania energii kinetycznej nie jest spełnione T > T′ + T ′ n n j W wyniku przejścia jądra ze stanu wzbudzonego do podstawowego powstaje zwykle kwant γ : A Z 1 A X + 0 n → ( Z X) ∗ 1 + n + γ 0 Ten rodzaj oddziaływania takŜe jest wykonywany do spowalniania neutronów. Neutron uczestniczy w wielu zderzeniach, dopóki jego energia nie zmaleje do wartości rzędu kT. Neutrony spowalniamy, gdyŜ przekroje czynne jąder na wychwyt neutronu zaleŜą odwrotnie proporcjonalnie do jego prędkości: 1 σ ( n, A) ~ (A – oznacza absorpcję neutronu) v Reakcje typu (n, α ), (n, p) itp., są typowymi reakcjami jądrowymi. Reakcje jądrowe typu wychwytu radiacyjnego. Istnieje prawdopodobieństwo, Ŝe neutron będzie oddziaływał z jądrem i zostanie zaabsorbowany w procesie radiacyjnego wychwytu neutronu. Jak mówi sama nazwa, wychwytowi neutronu przez jądro towarzyszy emisja promieniowania γ : A 1 A X+ → + 1 Z n Z X + γ (20) 0 Powstaje jądro końcowe, które jest izotopem jądra macierzystego. Jest ono zazwyczaj promieniotwórcze. Reakcja ta jest niepoŜądana w procesie rozruchu reaktora, gdyŜ jej wynikiem jest ubytek neutronów. W późniejszej fazie pracy reaktora dzięki tej reakcji 239 powstaje „czyste” paliwo jądrowe Pu 94 : − β 1 238 239 −β 239 −β 0 n + 92U → 92U ⎯⎯→ 93Np ⎯⎯→ 239 94 Pu W fizyce jądrowej uŜywa się pojęcia przekroju czynnego. Przekrój czynny, np. na jakąś reakcję, jest miarą prawdopodobieństwa wystąpienia tej reakcji. JeŜeli prawdopodobieństwo
Rozdział 6. Reakcje rozszczepienia jądra atomowego 51 Rys. 25. Przekrój czynny na reakcje jądrowe w zaleŜności od energii cząstki w obszarze energii rezonansowych [5]. jest duŜe, przekrój czynny teŜ jest duŜy; a jeśli małe, to przekrój czynny równieŜ jest mały. 24 Przekrój czynny oznaczamy symbolem σ , a jednostką jest 1barn = 10 − cm 2 . Przekrój czynny na radiacyjny wychwyt neutronu σ ( n, γ ) rośnie monotonicznie wraz ze zmniejszaniem się prędkości neutronów, aŜ do wystąpienia tzw. absorpcji rezonansowej. Przekrój czynny na wychwyt neutronu moŜna przedstawić w postaci σ ( n , γ ) ~ a v gdzie a jest stałą i v prędkością neutronu. Łatwo zrozumieć „prawo 1/ν”, poniewaŜ prawdopodobieństwo oddziaływania z jądrem jest wprost proporcjonalne do czasu, jaki neutron spędza w pobliŜu jądra, a czas ten jest odwrotnie proporcjonalny do prędkości neutronu. „Prawo 1/ν” jest spełnione dla małych energii neutronów. Dla energii większych od 1 eV pojawiają się obszary tzw. energii rezonansowych odpowiadające róŜnym stanom wzbudzenia jąder. W zakresie energii rezonansowych „prawo 1/ν” nie obowiązuje; przekrój czynny na wychwyt radiacyjny neutronu jest wyjątkowo duŜy (rys. 25). Praktycznie kaŜdy neutron z energią z tego przedziału jest wychwytywany przez jądro, grzęźnie w nim i jest bezpowrotnie stracony. Powstaje wtedy izotop tego jądra i kwant γ (np. według schematu 20). Ten przedział energii rezonansowych naleŜy omijać, poniewaŜ moŜe zabraknąć neutronów niezbędnych do podtrzymywania pracy reaktora. Trzeba pamiętać równieŜ o tym, Ŝe w reaktorze znajdują się róŜnego rodzaju elementy konstrukcyjne, czynnik chłodzący, moderator (spowalniacz), materiały ochronne, itp., które równieŜ pochłaniają neutrony. Reaktor naleŜy tak konstruować, aby przekrój czynny tych materiałów na tę reakcję był jak najmniejszy. RóŜne pierwiastki wykazują róŜne przedziały energii rezonansowych. Dla uranu 238 ten przedział energii rezonansowych zawiera się w zakresie energii 5 eV ≤ T n ≤1000 eV (dokładniej kwestia ta zostanie omówiona później). „Prawo 1/ν ” jest spełnione z dala od poziomów rezonansowych. Wynika z tego, Ŝe przekrój czynny na wychwyt neutronów jest tym większy, im mniejszą energię mają neutrony i jest największy dla neutronów termicznych. Jądra niektórych izotopów cięŜkich pierwiastków (np. 233 235 239 92 U, 92U, 94Pu) po absorpcji neutronu dzielą się na dwa fragmenty. Mamy wtedy do czynienia z reakcjami rozszczepienia jądra (zwanymi teŜ reakcjami podziału jądra). KaŜdy neutron schwytany przez takie jądro nie ulega wychwytowi radiacyjnemu, lecz wywołuje podział jądra. Przekrój czynny na ten proces, σ ( n, f ) , rośnie zgodnie z „prawem 1/ν ” i jest największy dla neutronów termicznych. W takim przypadku σ ( n , γ ) = 0 a σ ( n, f ) osiąga duŜą wartość.
Page 1: Wojciech Wierzchowski Podstawy fizy
Page 4 and 5: 6.5. Fragmenty podziału ..........
Page 7 and 8: Rozdział 2. Budowa jądra atomoweg
Page 15: Rozdział 2. Budowa jądra atomoweg
Page 18 and 19: 18 Rozdział 3. Reakcje jądrowe i
Page 28 and 29: 28 Rozdział 4. Rozpady promieniotw
Page 43 and 44: Rozdział 5. Sztuczna promieniotwó
Page 49: Rozdział 6. Reakcje rozszczepienia
Page 53 and 54: Rozdział 6. Reakcje rozszczepienia
Page 67: Rozdział 6. Reakcje rozszczepienia
Page 70 and 71: 70 Rozdział 7. Reaktory jądrowe 7
Page 73 and 74: Rozdział 8. Reakcje syntezy termo
Page 75 and 76: Rozdział 8. Reakcje syntezy termo
Page 77: Literatura 1. V.Acosta, C.L.Cowan,

Podstawy fizyki jÄ drowej dla inÅynierÃ³w

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

Podstawy fizyki jÄdrowej dla inÅynierÃ³w