Скорости нейтронных реакций и их характеристики

Скоростью любой нейтронной реакции на ядрах i-го компонента среды называется число актов этой реакции, ежесекундно происходящих с этими ядрами в единичном объёме (1 см³) среды.

Скорости реакций удобно обозначать символомR_jⁱ, где нижний индекс (j) указывает на тип нейтронной реакции, а верхний - (i) - служит условным обозначением нуклида, изотопа, химического элемента или соединения (или даже их смеси), или, наконец, сложного материала, на ядрах которого происходит рассматриваемая нейтронная реакция.

Если на месте нижнего индекса j в символе R_jⁱ стоит:

- c - речь идёт о реакции радиационного захвата (с - первая буква английского слова c apture - радиационный захват);

- f - речь о реакции деления ( f ission - деление);

- a - речь о реакции поглощения ( a bsorption - поглощение);

*) Понятие поглощения нейтронов объединяет два процесса, влекущих потерю исходного нейтрона: радиационный захват и деление, - в отличие от реакции рассеяния, после которой исходный нейтрон компенсируется новым нейтроном, испускаемым ядром. Логика проста: поглощение нейтрона ядром в общем случае может закончиться либо непроизводительным радиационным захватом, либо делением этого ядра.

- s - значит имеется в виду скорость реакции рассеяния ( s cattering – рассеяние); в частности нижний индекс рассеяния может быть более уточняющим: se - обозначает упругое рассеяние ( s cattering e lastic), а si - неупругое рассеяние ( s cattering i nelastic - рассеяние неупругое).

Верхним индексом (i) может быть условная цифра (как правило, последняя цифра массового числа изотопа элемента), либо химический символ элемента, либо, наконец, любой символ для краткого обозначения материала, вещества или сложной среды, который можно придумать на ходу, оговорив его использование во избежание путаницы. Например:

- R_f⁵ - скорость реакции деления ядер ²³⁵U;

- R_a⁹ - скорость поглощения нейтронов ядрами ²³⁹Pu;

- R_c⁸ - скорость радиационного захвата нейтронов ядрами ²³⁸U;

- R_a^Xe- скорость поглощения нейтронов ядрами ксенона;

- R_s^Be- скорость рассеяния нейтронов ядрами бериллия;

- R_se^C- скорость упругих рассеяний нейтронов ядрами углерода;

- R_si^ст- скорость неупругих рассеяний нейтронов в конструкционной стали и т.п.

Размерность скоростей нейтронных реакций - акт/см³с или ­формально - см^-3с^-1.

 

2.4.1. Факторы, определяющие величину скорости нейтронных реакций. Из нейтронной физики известно выражение для скорости любой реакции под действием моноэнергетических нейтронов с энергией Е или соответствующей ей скорости v:

R_jⁱ(E) = s_jⁱ(E) ^.N_i ^. n(E) ^. v(E), (2.4.1)

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 при их кинетической энергии Е, то есть:

v(E) = (2E/m_n)^1/2 = .(2.4.2)

Коэффициент пропорциональности s между характеристикой среды (N_i), характеристиками нейтронного поля (n и v) и скоростью j-ой нейтронной реакции (R) имеет размерность см², что дало повод назвать его эффективным микросечением i-го нуклида по отношению к j-ой реакции.

Принцип индексации в обозначениях микросечений - тот же, что и у скоростей нейтронных реакций - s_jⁱ, например:

- s_a⁵ - микросечение поглощения ядер ²³⁵U;

- s_f⁹ - микросечение деления ядер ²³⁹U;

- s_s^С - микросечение рассеяния углерода С;

- s_c^Xe - микросечение радиационного захвата ксенона и т.п.

Величина произведения: S_jⁱ = s_j^i. N _i, (2.4.3)

имеющая размерность см^-1, называется эффективным макросечением вещества по отношению к рассматриваемой (j-ой) нейтронной реакции.

Название s сечением изначально рождено благодаря размерности этой величины из представлений о взаимодействии коллинеарного пучка моноэнергетических нейтронов с перпендикулярно расположенной к этому пучку тонкой плоской мишенью. То есть формула (2.4.1) по трактовке физического смысла размерности s фактически базируется на идеализированных представлениях: ни коллинеарных, ни моноэнергетических пучков нейтронов в Природе не существует.

Попытаемся составить представление о микро- и макросечениях исходя из самых общих понятий.

Вообразим единичный (1см³) объём среды, в котором находятся N_i ядер и n хаотически движущихся по всем направлениям со скоростью v см/с нейтронов.

В результате взаимодействий нейтронов этой скорости (кинетической энергии) в 1 см³ ежесекундно происходит R_jⁱ актов реакции j-го типа:

R_jⁱ = s_j^i. N_i ^. n ^. v.

Величина nv = Ф - есть плотность потока нейтронов с энергией Е (или соответствующей ей скоростью нейтронов v), поэтому

 

R_jⁱ(E) = s_jⁱ(E) ^. N_i ^. Ф(E). (2.4.4)

 

Величина скорости реакции R_jⁱ имеет размерность 1/см³с или иначе (1/с): см³, то есть, по существу, - это размерность частоты , отнесенная к размерности объёма. Действительно, скорость нейтронной реакции R_jⁱ, при самом взыскательном подходе, естьне что иное, как частота следования во времени отдельных актов нейтронной реакции в единичном объёме среды.

Тогда величина R_jⁱ/Ф = S_jⁱ c размерностью см^-1 - это частота j-ой реакции, возбуждаемая на ядрах единичного объёма среды потоком нейтронов единичной плотности (Ф = 1 нейтр/см²с).

 

Эффективное макросечение j-ой нейтронной реакции на ядрах рассматриваемого вещества - есть частота этой реакции, возбуждаемая на ядрах единичного объёма вещества потоком нейтронов единичной плотности.

 

Величина жеs_jⁱ = S_jⁱ/N_i = (R_jⁱ/Ф)/N_i - это частота j-ой реакции, возбуждаемая потоком нейтронов единичной плотности и приходящаяся на объём среды, содержащий одно ядро, поскольку, если разделить единичный объём вещества на количество содержащихся в нём ядер N_i, то в резуль­тате получается величина объёма среды, относимая к одному ядру.

А так как единичную плотность потока нейтронов (Ф = 1 нейтр/см²с) при дискретном отношении к нейтрону нельзя себе представить иначе, как 1 нейтрон в единичном объёме, движущийся с единичной (1 см/с) скоростью, то можно дать такое общее определение микросечения:

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: