Выгорание ядерного топлива. Классификация ядерных реакторов. Принципиальная схема ядерного энергетического реактора. Термоядерные реакторы. Теплообменный аппарат ядерных энергетических установок, страница 11

25 МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЙТРОНОВ С ЯДРАМИ

При энергии нейтронов ниже нескольких МэВ определяющими являются следующие два механизма взаимодействия нейтронов с ядрами:

·  потенциальное рассеяние (рассеяние на ядре как на упругом теле);

·  проникновение нейтрона через поверхность ядра и образование составного ядра.

Составное ядро представляет собой сильно возбужденный изотоп ядра-мишени. Массовое число этого изотопа на единицу больше массового числа исходного ядра.

Из-за того, что взаимодействие между нуклонами в ядре очень сильно, энергия возбуждения мгновенно распределяется в составном ядре между большим числом нуклонов и проходит значительное время, прежде чем составное ядро "разряжается" испустив фотон, нейтрон или иным способом. Заметим, что по ядерным масштабам значительными являются времена много большие, примерно 10с.

Составное ядро, образовавшееся при захвате нейтрона и находящееся в возбужденном состоянии, может снять возбуждение одним из перечисленных ниже способов. В зависимости от того, какой из возможных способов будет реализован, произойдет та или иная реакция взаимодействия нейтрона с ядром. Для обозначения ядерных (в данном случае - нейтронных) реакций используются общепринятые обозначения.

1 Реакция (n,γ)-радиационный захват:

составное ядро "разряжается", испуская фотон.

Пример:     ²³⁸U (n,γ) ²³⁹U.

Образующееся в результате ядро ²³⁹U - β- радиоактивно. С периодом 23 мин. оно распадается в ²³⁹Np. Это ядро также β - радиоактивно с периодом 2,3 дня оно распадается в ²³⁹Ри. Это ядро альфа-активно, но период его полураспада очень велик: Т_1/2=2,411•10⁴ лет. Радиационный захват нейтронов в уране - 238 - реакция очень важная для физики реакторов: в результате этой реакции природный уран превращается в ядерное топливо – плутоний - 239.

Упругое рассеяние через составное ядро - реакция (n,n): составное ядро "разряжается", испуская нейтрон и образуя ядро-продукт, идентичное ядру-мишени и находящееся в том же, основном, энергетическом состоянии. Пример:

²³⁸U (n,n) ²³⁸U.

Как радиационный захват, так и упругое рассеяние нейтронов - процессы, энергетически возможные при взаимодействии нейтронов любых энергий с любыми ядрами.

Реакция (n,p).. Пример:¹⁴N (п,р) ¹⁴C.

На многих ядрах реакция (n,p) может осуществляться лишь под действием нейтронов с энергией выше некоторого значения, называемого порогом реакции (п,р).

Реакция (n,α). Как и реакция (n,р), реакция (n,α) может быть как экзо-, так и эндоэнергетической. Примером экзоэнергетической реакции рассматриваемого типа является реакция:¹⁰В (п,α ) ⁷Li.