Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.20

В качестве мишени используют преимущественно материал с большой атомной массой (РЬ, Б1, ", и, ТЬ и др.), а также, что является исключением, легкий элемент Бе (порог реакции (п,2п) на 9Ве невелик и составляет 1,67 МэВ). Энергия связи нейтронов в ядрах с большой атомной массой ниже, чем для ядер со средней атомной массой, поэтому и выход нейтронов оказывается выше.

З.2.1.2. Генерация нейтронов в мишени и нейтронный баланс ЭЛЯУ

Нейтронный выход (среднее число испускаемых из мишени нейтронов в расчете на одну бомбардирующую частицу) пропорционален величине кинетической энергии бомбардирующей частицы в момент первого неупругого столкновения с ядрами мишени. Поэтому максимальный нейтронный выход на единицу затраченной энергии достигается в том случае, когда минимальна доля начальной энергии частицы 5, затрачиваемая на ионизацию среды до первого неупругого соударения с ядрами мишени:

где Е0 - начальная энергия частицы; -аЕ/аХ - потеря энергии частицы на единицу пути; А,„ - средняя длина пробега до первого неупругого соударения с ядром вещества мишени.

График зависимости доли начальной энергии 5, теряемой на ионизацию, от начальной энергии частицы приведен на рис. 3.2.

Из рис. 3.2 видно, что с увеличением энергии Е0 величина 5 уменьшается и выходит на плато в области Е0 = 1,5-3 ГэВ (для протонов и дейтронов). При дальнейшем увеличении Е0 начнется логарифмический рост (-аЕ/аХ) и будет увеличиваться доля энергии, уносимая электронно-фотонной компонентой каскада, которая в генерации нейтронов не участвует. Эти факторы являются важными при выборе энергии ускоряемых частиц.

Рис. 3.2. Зависимость доли 5 кинетической энергии, теряемой ускоренной заряженной частицей на ионизацию мишени до первого неупругого столкновения, от начальной энергии Е0 (в расчете на единицу заряда)

Величина выхода нейтронов в результате каскадного процесса зависит также от материала мишени и ее размеров. Так, например, на рис. 3.3 приведен график зависимости среднего числа нейтронов, рождающихся в расчете на один протон, от начальной энергии Е0 для мишени из тяжелого вещества (8п, РЬ, и, ТЬ) и для легкой мишени из бериллия.

Можно видеть, что наибольшим выходом нейтронов из неделя-щихся материалов характеризуется РЬ. Выход нейтронов из ТЬ и И заметно выше (за счет высокоэнергетического деления, а также деления надпороговыми нейтронами). Эти данные о выходах нейтронов получены экспериментальным путем, однако их следует расценивать как несколько заниженные, так как размеры использованных мишеней были меньше той области, где развивается каскадный процесс и завершается размножение нейтронов через (п,хп)-реакции. Поэтому увеличивая размеры мишени, можно обеспечить условия практически полного протекания этих реакций.

Рис. 3.3. Нейтронные выходы из цилиндрических мишеней диаметром 10 см и длиной 60 см (длина ТЪ-мишени - 30 см, длина Ве-мишени - 90 см) в зависимости от начальной энергии протона Е0

На рис. 3.4 для цилиндрической РЬ-мишени, бесконечной по высоте, показана зависимость выхода жесткой нейтронной компоненты, а также величина полной утечки нейтронов от радиуса мишени.


⇐ вернуться назад | | далее ⇒