Нейтрондардың затпен әсерлесуі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

СӨЖ

Тақырыбы: Нейтрондардың затпен әсерлесуі. Жылдам және резонансты нейтрондар.

Орындаған: Оразғалиев Н. А.

Топ: ТФ-205

Тексерген: Нургалиев Д. Н.

Семей 2015

Мазмұны

Кіріспе3

1 Нейтрондардың зат арқылы өтуі4

2 Нейтрондар түрлері және олардың әрекеттесу ерекшеліктері5

3 Нейтрондардың затпен әсерлесу типтері6

3. 1 Радиациялық қармау6

3. 2 Шашырау7

3. 3 Бөліну реакциясы8

Қорытынды9

Пайдаланылған әдебиеттер10

Кіріспе

Мен осы өздік жұмысымда нейтрондық әсерлесулер және сол әсерлесулердің әсерінен болатын нейтрондық реакциялар туралы жазамын. Нейтрондардың энергияларының шамасына байланысты олардың негізгі бөліну топтары туралы мағлұмат беремін.

Сонымен қатар нейтрондық реакциялардың түрлері туралы мағлұматтар беремін. Және де нейтрондық реакцияның практикалық маңызы ең жоғары бөліну реакциясы туралы да айтылатын болады. Нейтрондық бөліну реакциялары атомдық реакторларда жүзеге асырылатын ең басты реакция. Себебі үлкен энергияның бөлінуі осындай реакцияның есебінен пайда болады. Сол себепті ол ең жиі пайдаланылатын нейтрондық реакция.

1 Нейтрондардың зат арқылы өтуі

Нейтрондардың затпен әсерлесуі кезінде келесі ерекшеліктерді ескеру қажет. Нейтрондар электр зарядына ие емес, сондықтан олар ядролардың және электрондардың электр өрісімен әсерлеспейді. Нейтронның электронмен электромагнитті әсерлесуі олардың магнит моменттерінің арасындағы әсерлесу шамасымен анықталады. Оның энергиясы атомды ионизациялау энергиясына (~10 эВ) тек 10 ^-11 см арақашықтықта ғана жетеді, сондықтан ол әсерлесу өте аз. Нейтрондар мен электрондардың магниттік моменттерінің арасындағы әсерлесудің эффекті тек барлық электрондардың магниттік моменттері бірдей бағытталған (ферромагнетиктерде) кезде ғана байқалады. Осы жағдайда, нейтрондар мен электрондардың магниттік моменттерінің әсерлесуі қосымша шашырау эффектісіне әкеліп соғады. Оны зерттеу нейтронның магниттік моментін бағалауға, сонымен қатар материалдың магниттік құрылымын анықтауға мүмкіндік береді.

Нейтрондардың затпен әсерлесудің негізгі түрі олардың атом ядроларымен әрекеттесуі болып табылады. Нейтрон ядроға тию не тимеуіне байланысты оның ядромен әрекеттесуін екі классқа бөлуге болады:

Ядролық күштердің потенциалындағы нейтрондардың ядроға тиюісіз серпімді потенциалды шашырау(п, п) пот;
Әр түрлі ядролық реакция типтері:(п, γ), (п, р), (п, а), бөліну реакциясы және т. б. ; серпімді шашырау(п, п') ; нейтронның ядроға кіруімен бірге жүретін серпімді шашырау - серпімді резонанстық шашырау(п, n) рез.

Әр бір процесстің салыстырмалы рөлі сәйкес қималар шамасымен анықталады. Серпімді шашырау рөлі жоғары кейбір заттар үшін жылдам нейтрон өзінің энергиясын заттың ядроларымен серпімді соқтығысу нәтижесінде жоғалтады (нейтрондардың баяулауы) . Баяулау процессі нейтронның кинетикалық энергиясы баяулатқыш заттың атомдарының жылулық қозғалысының энергиясына теңескенге дейін жүреді. Осындай нейтрондарды жылулық деп атайды. Жылулық нейтрондардың баяулатқыштың атомдарымен ары қарай соқтығысуы оның энергиясының өзгерісіне әкелмейді, тек қана нейтронның зат ішінде қозғалысына (жылулық нейтрондардың диффузиясы) әкеледі. Ол қозғалыс нейтрон кез-келген атом ядросымен жұтылғанға дейін жүреді.

2 Нейтрондар түрлері және олардың әрекеттесу ерекшеліктері

Нейтрондардың затпен әрекеттесу сипаттамасы олардың энергиясымен анықталғандықтан, нейтрондарды әр түрлі энергетикалық топтарға классификациялау ыңғайлы. Дегенмен, нейтрондарды спектральді топтар бойынша жалпы қабылданған классификация жоқ, бірақ әбден қалыптасқан топтар бөлініп, аталған.

Энергиясы 0, 005 эВ-тан кем болатын нейтрондарды суық нейтрондар деп атайды. Олар жылулық нейтрондарды поликристалл үлгілері арқылы фильтрациялау кезінде жылулық нейтрондардың төменэнергетикалық спектр аумағы есебінен алынады. Суық нейтрондар арасынан ультрасуық нейтрондарды бөлуге болады. Оның материалды қабырғадан толығымен шағылысуы оның негізгі қасиеті болып табылады. Қарапайым заттардың нейтрондар үшін сыну коэффиценті өте аз болғандықтан, тек толқын ұзындықтары үлкен, энергиясы 10 ^-7 эВ және жылдамдықтары 10 м/с болатын нейтрондар ғана толық шағылысады. Және де олар ультрасуық деп аталады.

Жылулық нейтрондар қоршаған ортамен жылулық тепе-теңдікте болатын, анықталған және маңызды топты құрайды. Олардың орташа энергиясы 3/2 kT 20 °С температура кезінде 0, 038 эВ-қа тең. Резонансты деп аталатын нейтрондар тобы аздап зерттелген. Оған баяулатылған, бірақ әлі жылулық тепе-теңдікке жетпеген нейтрондарды жатқызады. Осы топтың анықтамасының физикалық мәні келесіде. Осы спектральді ауданда нейтрондардың ядроларымен әрекеттесуі жеке резонансты шыңдармен сипатталады. Бірінші ретте, уран-238 ядроларымен, өйткені шыңдардың ендері олардың арасындағы интервалдардан бірталай аз. Осы шарт ауыр ядроларда энергия >10 кэВ кезінде бұзылады, ал жеңіл ядроларда бірнеше мегаэлектронвольт энергиялар кезінде.

Резонансты нейтрондар арасынан жылуүсті нейтрондар тобын бөлуге болады.

3 Нейтрондардың затпен әсерлесу типтері

Кез-келген нейтрондық реакция бос нейтронның диаметрі 10 ^-13 см болатын ядроның көлеміне енуінен басталады.

Кванттық физика кез-келген тұрақты атомның ядросын потенциялдық энергиясының сомасы тек осы ядроға тән мәнге ие болатын нуклондар жүйесі ретінде қарастырады. Егер ядроға сырттан масса, энергия немесе екеуі бірге берілетін болса, онда осындай ядроның потенциалдық энергиясының сомасы осы ядроға тән ешбір тұрақты деңгей мәніне тең болмайды. Ал бұл дегеніміз ядроға нейтронның енуі нәтижесінда ядро - қоздырылған немесе тұрақсыз деп аталады.

Қоздырылған ядро осындай күйде көп уақыт бола алмайды, сол себепті ол ең жақын тұрақты энергетикалық деңгейге ауысуға тырысады, яғни артық потенциалдық энергиядан құтылады. Ядроның қоздырылған күйде болу уақыты - 10 ^-15 -10 ^-13 с.

Қоздырылған ядроның тұрақты күйге ауысуы әр түрлі жолмен жүзеге асуы мүмкін. Оларды қарастырып өтейік, өйткені қоздырылған ядроның тұрақты күйге қандай жолмен аусыуы жүретінін біліп, біз нейтрондық реакцияның қандай типі болғанын анықтай аламыз.

3. 1 Радиациялық қармау

Қоздырылған ядро өзіне енген нейтронды ұстап қала алады, ал энергияның артық бөлігін электрмагниттік сәуленің гамма-кванты түрінде шығарады.

Ядроның нейтронды қармауы және гамма кванты шығаруы осындай әрекеттесудің нәтижесі болып табылады. Сондықтан осы нейтрондық реакция типі радиациялық қармау реакциясы деп аталады. Радиациялық қармау реакциясына барлық белгілі нуклидтар ие. Радиациялық қармауға ең тиімді ядроларды нейтрондар жұтқыштары деп атайды.

Массасы (А+1) а. м. б. болатын қозған ядро γ-кванттың

Нейтрон Массасы ядро А а. м. б бөлінуі

Массасы (А+1) а. м. б. ядро

Нейтронды қармау

Сурет 2. 1. Радиациялық қармау реакциясының сұлбасы

Мысалы, бор-10 ( ¹⁰ B), самарий-149 ( ¹⁴⁹ Sm), ксенон-135 ( ¹³⁵ Xe), европий (Eu), кадмий (Cd), гадолиний (Gd) - осының барлығы нейтрондар жұтқыштары болып табылады. Ядролық реакторлардағы негізгі отын уран-235 және реакторда пайда болатын екіншілік ядролық отын плутоний-239 нейтрондар жұтқыштары болып табылады.

3. 2 Шашырау

Егер ядро өзіне енген нейтронды ұстап қалуға мүмкіндігі болмаса, ол тұрақты күйге өзіне енген нейтронды қайта шығаруға немесе енген нейтронға кванттық қасиеті бойынша ұқсас басқа нейтронды шығару арқылы ауысады.

Массасы (А+1) а. м. б. қозған ядро

Нейтрон Массы А а. м. б ядро

Ядро массы А а. е. м.

Ядроның нейтронды қармауы Шашыраған нейтронды шығару

Сурет 2. 2. Шашырау ядролық реакциясының сұлбасы

Нәтижесінде нейтронның ядромен әрекеттесуіне дейін және әрекеттескеннен кейін бізде бос нейтрон және дәл сол ядро болады. Осындай әрекеттесудің айырмашылығы болып бастапқы нейтронның және бөленген нейтронның кинетикалық энергияларының әр түрлі болуы: көп жағдайларда бөлінген нейтронның кинетикалық энергисы енген нейтронның кинетикалық энергиясынан аз болады. Сонымен қатар бастапқы және бөлінтін нейтрондардың қозғалыс бағыттары да әр түрлі болады.

Жылулық реакторларда шашырау реакциясының арқасында активті аймақ ортасында қозғалатын нейтрондардың кинетикалық энергиясын төмендету процессі жүреді. Осы процесс қысқаша нейтрондарды баяулату деп аталады. Сондықтан радиациялық қармауға қабілеті аз, бірақ нейтрондарды жақсы шашырататын ядролар - нейтрондарды баяулатқыштар деп аталады.

Мысалы, сутек ( ¹ Н), дейтерий ( ² D), бериллий ( ⁹ Be), көміртек ( ¹² С), оттек ( ¹⁶ О), цирконий ( ⁹¹ Zr) атомдары жылдам нейтрондармен жұмыс істейтін реакторларда қолданылатын жақсы баяулатқыштар болып табылады.

Шашырау серпімді және серпімсіз деп екіге бөлінеді: