Основные характеристики нейтронного поля.

Источники нейтронов.

Реакция (a, n).

Источниками нейтронов являются радий-бериллиевые (Ra— Be) и полоний-бериллиевые (Ро — Be) источники. В них атомы a -излучателей ²¹⁰Ро или ²²⁶Ra равномерно перемешаны с атомами бериллия. Радий и полоний испускают a -частицы с энергиями 4,5—5 МэВ. Этой энергии хватает для преодоления высоты потенциального барьера ядра бериллия, составляющего около 4 МэВ. Смесь 5 г бериллия и 1 г радия испускает около 10—15 млн. нейтронов в 1 сек. Радиево-бериллиевый источник нейтронов, имеющий большой период полураспада, равный приблизительно 1600 лет, является фактически постоянным и непрерывно действующим.

2. Реакция (g, n) – фотонейтронный источник.

Многие естественные и искусственные радиоизотопы излучают g -кванты, энергия которых больше энергии связи нейтронов в ядрах ⁹ Be (1,63 МэВ) и ² D (2,225 МэВ).

В реакторе БН-600 используется сурьмяно-бериллиевый фотонейтронный источник.

После активации сурьма с периодом полураспада равным 60 дней испускает жёсткое g - излучение с энергией Е_g = 1,7 МэВ ¹²³Sb + n ® ¹²⁴Sb +g

Далее идёт реакция (g,n) на Ве: ⁹Ве + g ® ⁸Ве + n

с энергией нейтронов 24 КэВ. Выход нейтронов источника – 1,9 × 10⁵ нейтрона в секунду на 1 Ки.

Перестановка источников происходит каждую кампанию.

Ускорители заряженных частиц.

Используются для физических экспериментов. Действие ускоренных протонов, т. е. ядер водорода, на литий, либо дейтронов, т. е. ядер дейтерия, на мишень из лития, бериллия или дейтерия (в виде „тяжелого" льда или „тяжелого" парафина) дает довольно однородные по энергии пучки нейтронов. Энергия нейтронов зависит от энергии используемых падающих частиц, а также от применяемого процесса

4. Ядерные реакторы.

Самым мощным источником нейтронов является ядерный реактор. Нейтроны получаются внутри реактора от реакции деления ядер топлива U, Pu, Th и т.п. При этом рождаются нейтроны в широком диапазоне энергий. Распределение нейтронов по скоростям (энергиям) называют спектром нейтронов. Нейтроны с энергией до 18 МэВ – быстрые (спектр нейтронов деления). У максимального числа нейтронов – 0,7 МэВ, средняя ~ 2МэВ. При наличии замедлителя спектр смягчается (спектр Ферми). Это замедляющие нейтроны. При энергиях ~ 1эВ и ниже – спектр тепловых нейтронов (спектр Максвелла).

Основные характеристики нейтронного поля.

Нейтронное поле - это совокупность свободных нейтронов, движущихся и определённым образом распределённых в объёме материальной среды.

Основными, определяющими раз­личия нейтронных полей, характеристиками являются:
- плотность нейтронов n;
- скорость нейтронов v (или их кинетическая энергия E = mv²/2);
- плотность потока нейтронов Ф;
- Флюенс нейтронов F

1. Плотность нейтронов – n [нейтрон/см³]. Это отношение числа нейтронов dn (нейтр.) в элементарной сферек объёму этой сферы dV (см³).

2. Поток нейтронов – I [нейтрон/сек]. Это отношение числа нейтронов dn (нейтр.), падающих на данную поверхность за интервал времени dt (сек), к этому интервалу.

3. Плотность потока нейтронов Ф [нейтрон/см² × сек]. Это отношение потока нейтронов dФ (нейтрон/сек), проникающих в объём элементарной сферы, к площади поперечного сечения этой сферы dS (см²).

4. Флюенс нейтронов F [нейтрон/см²]. Это отношение числа нейтронов dn (нейтрон), проникающих в объём элементарной сферы, к площади поперечного сечения этой сферы dS (см²) Флюенс нейтронов считают, как правило, за некоторый промежуток времени. Т.е. это величина имеет некоторые временные рамки. Это суммарное количество нейтронов, прошедших через единицу площади поверхности за время t (c).

5. Скорости нейтронных реакций. Скоростью любой нейтронной реакции на ядрах i-го компонента среды называется число актов этой реакции, ежесекундно происходящих с этими ядрами в 1 см³ среды.

6. Факторы, определяющие величину скорости нейтронных реакций. Скоростью любой нейтронной реакции на ядрах i-го компонента среды называется число актов этой реакции, ежесекундно происходящих с этими ядрами в 1 см³ среды.

R_jⁱ(E) = s_jⁱ(E) ^.N_i ^. n(E) ^. v(E),

где:

- N_i, см^-3 - ядерная концентрация i-го компонента в среде;

- n(Е), см^-3 - плотность нейтронов с энергией Е;

- v(E), см/с - скорость нейтронов, соответствующая их кинетической энергии Е: то есть v(E) = (2E/m_n)^1/2

- s -к оэффициент пропорциональности между характеристикой среды (N_i), характеристиками нейтронного поля (n и v) и скоростью j-ой нейтронной реакции (R). Имеет размерность см², эффективное микросечение i-го нуклида по отношению к j-ой реакции.