научная статья по теме АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ МГНОВЕННЫХ НЕЙТРОНОВ, ВЫЛЕТАЮЩИХ ИЗ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ОСКОЛКОВ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДЕР 235U И 252Cf Физика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ МГНОВЕННЫХ НЕЙТРОНОВ, ВЫЛЕТАЮЩИХ ИЗ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ОСКОЛКОВ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДЕР 235U И 252Cf»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 6, с. 11-15

ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

УДК 539.125:621.039.55

АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ МГНОВЕННЫХ НЕЙТРОНОВ, ВЫЛЕТАЮЩИХ ИЗ ЛЕГКИХ И ТЯЖЕЛЫХ ОСКОЛКОВ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДЕР 235и И 25^ © 2010 г. В. Д. Севастьянов

ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений Россия, 141570, Московская обл., Солнечногорский р-н, п/о Менделеево Поступила в редакцию 06.04.2010 г.

Методом нейтронно-активационного анализа определены энергетические спектры нейтронов, вылетающих из легких и тяжелых осколков при делении ядер 235и тепловыми нейтронами и спонтанном делении ядер 252СГ. Показано, что отличие полученных спектров невелико и составляет ~90.6 кэВ. Приведены 28-групповые энергетические спектры мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 252СГ, восстановленные с применением 4-компонентных априорных спектров.

Спектры Е(Е) мгновенных нейтронов, испускаемых при делении ядер трансурановых элементов, могут быть представлены распределением Максвелла (однокомпонентное представление) [1]:

Д Е) = А4Ёв а/Е, (1)

где а — константа, характеризующая процесс деления каждого делящегося нуклида, Е — энергия нейтронов, А — масштабный коэффициент. Для спектров деления нуклидов 235и и 252СГ константа а имеет значения 0.780 и 0.707 соответственно. Однако процесс испускания мгновенных нейтронов является сложным, многокомпонентным процессом. Деление ядер может быть асимметричным и симметричным. Мгновенные нейтроны при возбуждении делящихся ядер могут излучаться до деления, в момент деления, а также после деления из переобогащенных нейтронами осколков деления ядер.

Цель данной работы — более детальное исследование энергетических спектров мгновенных нейтронов деления ядер. Объектом исследования являются наиболее изученные в мировой практике нейтронных измерений поля мгновенных нейтронов деления ядер 235и тепловыми нейтронами и спонтанного деления ядер 252С£ Исходя из современных представлений процесса деления, априорные спектры мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 252СГ при восстановлении их нейтронно-ак-тивационным методом в работах [2, 3] впервые представлены в виде аналитической суперпозиции трех неупругих испарительных спектров Вайскопфа (3-компонентное представление):

Е( Е) = АВ1Ев В1Е + АВ2Ев В2Е + АВ3Ев ~авзБ, (2)

где аВ1, аВ2, аВ3 — константы парциальных спектров Вайскопфа; АВ1, АВ2, АВ3 — масштабные коэф-

фициенты (вклады парциальных спектров), подбираемые из условия

]У(Е) йЕ = 1. (3)

о

Компоненты спектра мгновенных нейтронов деления ядер в формуле (2) представляют собой парциальные спектры нейтронов, вылетающих либо в момент деления ядер (1), либо из переобогащенных нейтронами осколков деления (2), либо из возбужденных делящихся ядер до момента их деления (3). Значения константы ат для указанных выше компонент равны 0.69, 0.97 и 5 соответственно. Средние энергии нейтронов в этих парциальных спектрах составляют 2.9, 2.0 и 0.5 МэВ соответственно. Отметим, что спектр нейтронов из осколков деления содержит нейтроны, вылетающие как из тяжелого, так и из легкого осколков деления. Известно, что из легкого и тяжелого осколков деления вылетает разное количество нейтронов [1, 4]. Так, соотношение между количеством нейтронов, вылетающих из легкого и тяжелого осколков при делении ядра 235и, составляет 1.17, а при спонтанном делении 252СГ — 1.02 ± 0.02. Напомним также, что средние энергии, уносимые легким и тяжелым осколками при делении ядер, существенно различаются. Так, при делении ядер 235и они составляют 97 и 67 МэВ соответственно.

Учитывая изложенное выше, можно предположить, что средние энергии спектров нейтронов, вылетающих из легкого и тяжелого осколков деления, могут различаться. Поэтому для более объективного описания спектров мгновенных нейтронов деления ядер, по-видимому, целесообразно вместо одного спектра из осколков деления с параметром аВ2 ввести в аналитическое описание резуль-

п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

:ые с применением активационных детекторов в полях мгновенных нейтронов деления ядер 235и тепловыми нейтронами и при ядер С{ интегральные сечения деления ядерных реакций (<т) и их отличие от рассчитанных (Лет)

Деление 235и тепловыми нейтронами

Спонтанное деление 2520"

Одна Три Четыре Одна Три Четыре

компонента компоненты компоненты компонента компоненты компоненты

ст, мб Лет, % ст, мб Лет, % а, мб Лет, % а, мб Лет, % а, мб Лет, % а, мб Лет, %

0.01941 -5.5 0.0201 -0.5 0.021 1.8

1.43 1.6 1.39 -1.5 1.44 -0.6 2.30 5.0 2.17 0.7 2.18 -0.6

3.77 -3.5 3.68 -3.2 3.85 -1.3 4.96 0.8 4.81 -1.1 4.88 -1.3

0.686 2.8 0.670 -0.1 0.691 0.4 1.14 5.3 1.07 1.1 1.08 -0.2

62.4 -3.4 62.5 -0.5 65.1 1.0 71.5 -0.8 71.5 0.4 73.3 1.3

75.1 -2.2 77.3 0.3 80.7 1.8 90.9 -0.1 90.3 0.5 92.5 1.2

1.01 1.7 0.993 -0.4 1.03 0.9 1.55 3.5 1.47 -0.2 1.48 -1.2

98.1 -1.6 101 0.7 105 2.2 118 -1.3 117 -0.7 120 0.1

0.445 2.8 0.453 4.0 0.453 1.4 0.900 2.7 0.874 0.9 0.881 0.2

717 -0.2 714 -1.2 721 -2.8 756 -0.7 745 -1.0 754 -1.4

183 -0.9 184 -0.5 189 -0.7 196 -1.4 194 -0.8 199 0.0

217 -1.6 221 -0.5 228 -0.1 240 -1.14 239 -0.4 245 0.5

18.5 -2.6 19.0 -0.9 19.8 0.9 23.8 0.5 23.4 0.0 2384 0.2

1316 1.0 1295 -1.2 1292 -4.1 1352 0.3 1324 -0.5 1330 -1.7

293 0.8 297.7 1.9 3072 2.3 321.5 -1.2 320.3 -0.4 329 0.6

79.6 -0.2 80.4 0.2 83.7 1.6 73.65 -4.5 75.7 -0.4 77.5 0.3

1219 0.0 1219 -0.4 1230 -2.3 1219 -1.6 1220 -0.3 1228 -1.3

1846 2.9 1843 2.3 1847 -0.2 1851 0.1 1848 1.1 1852 -0.3

1437 2.3 1422 0.8 1441 -0.5 1501 1.1 1473 0.5 1498 0.6

10.4 -1.0 1044 1.0 10.6 1.2

Таблица 2. Обобщенные результаты восстановления спектров мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 2520"

Флюенс Средняя энергия нейтронов, МэВ Средне- Число Константы парциальных спектров (вклад в результирующий спектр, %)

№ п/п Источник нейтронов нейтронов, —2 см 2 (плотность потока, квадратичное отклонение, ядерных реакций при расчете делительного испарительных Вайскопфа Отличие, %

см-2 • с-1) % спектра aMf> аВ1(АВ1) аВ2(АВ2) 1 , Л , aB2(AB2' 22 aB2(AB2) ) аВ3(АВ3)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 Деление ядер 235и тепловыми нейтронами 1.73 • 1014 1.72 • 1014 1.67 • 1014 1.923 1.937 1.974 2.13 1.59 1.78 19 19 19 0.780 (100) 0.69 (11.08) 0.66 (6.52) 0.97 (75.84) 0.92 (37.85) t 0.96 (44 26) t 5.0 (13.09) 8.0 (11.22) 17.4 t

2 Спонтанное деление ядер 252СГ 1.66 • 1014 1.68 • 1014 1.65 • 1014 2.121 2.099 2.130 2.69 0.73 1.00 20 20 20 0.707 (100) 0.69 (28.02) 0.66 (19.56) 0.97 (60.15) 0.92 (35.03) t 0.96 (36.16) t 5.0 (11.84) 8.0 (9.26) 1.03 t

тирующего априорного спектра мгновенных нейтронов деления ядер 235U и 252Cf два парциальных

1 2

спектра нейтронов с параметрами aB2 и аВ2, соответствующих нейтронам, вылетающим отдельно из тяжелого и легкого осколков деления (4-ком-понентное представление):

F(E) = ABiEe-а BlE + A^Ee-aBE +

+ A2B2Ee ^ + AB3Ee mE.

При восстановлении спектров мгновенных нейтронов деления ядер с использованием априорного 4-компонентного спектра соотношение

вкладов спектров AB2 и A2B2 целесообразно подбирать близким к указанным выше измеренным соотношениям, которые, в свою очередь, будут определять среднюю энергию нейтронов в спектрах нейтронов, вылетающих из легкого и тяжелого осколков деления ядер 235U и 252Cf.

Восстановление спектров мгновенных нейтронов деления ядер в настоящей работе осуществлялось по стандартизованной программе КАСКАД [5]. Корректность восстановления спектров мгновенных нейтронов деления ядер 235U и 252Cf оценивалась сравнением измеренных интегральных сечений ядерных реакций, имеющих место в ак-тивационных и делительных детекторах, используемых при измерениях, и тех же интегральных сечений ядерных реакций, рассчитываемых с использованием восстановленного спектра нейтронов и дифференциальных сечений реакций, имеющихся в библиотеке программы. Используемые

в работе дифференциальные сечения ядерных реакций приведены в работе [6]. Сечения ряда ядерных реакций были взяты также из общеизвестных библиотек JENDL и IRDF. В табл. 1 приведены измеренные с применением активационных детекторов интегральные сечения ядерных реакций и их отличие от рассчитанных по программе КАСКАД значений в случаях представления априорного спектра в форме одной компоненты (1), трех компонент (2) и четырех компонент (4). В табл. 2 приведены обобщенные результаты восстановления спектров мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 252СГ .

Анализ табл. 1 и 2 показывает, что уровень согласования измеренных и рассчитанных интегральных сечений ядерных реакций во всех трех случаях восстановления спектров мгновенных нейтронов (по Да, %) для ядер 235и и 252СГ практически идентичен и находится в пределах погрешностей измерений интегральных сечений. Такое же согласование наблюдается для измеренных флюенсов и средней энергии нейтронов в восстанавливаемых спектрах (см. табл. 2). Отношение вкладов в спектр от нейтронов из легкого и тяжелого осколков при 4-компонентном представлении априорного спектра при делении ядер 235и составило 17.4%, а 252СГ — 3.23%, что хорошо коррелирует с измеренными другими авторами данными [1, 4].

Полученное при восстановлении спектра мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 252СГ различие средних энергий нейтронов, вылетающих

14

СЕВАСТЬЯНОВ

Таблица 3. 28-групповые энергетические спектры мгновенных нейтронов деления ядер 235и и 2520" при 3- и 4-ком-понентном аналитическом представлении априорных спектров

Групповые энергетические спектры деления ядер

№ группы Границы, энергия нейтронов, МэВ Деление 235и тепловыми нейтронами Спонтанное деление ядер 2520"

Три компоненты Четыре компоненты Три компоненты Четыре компоненты

1 0.100 10-9-0.100 10- 6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

2 0.100 10—6—0.215 10- 6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

3 0.215 10—6—0.465 10- 6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

4 0.465 10-6-0.100 10- 5 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

5 0.100 10-5—0.215 10- 5 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

6 0.215 10-5-0.465 10- 5 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

7 0.465 10-5-0.100 10- 4 0.000000 0.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком