Скорость спонтанного деления тяжелых ядер.
| нуклид | 232 Th | 233U | 235U | 238U | 239Pu | 240Pu | 252Cf |
| Т1/2, год | 1,4·1018 | 3,0·1017 | 16·1017 | 8,0·1015 | 5,5·1015 | 1,2·1011 | 86 |
| Число дел./ с кг | 0,04 | 0,2 | 0,3 | 7 | 10 | 4,6·105 | 2,5·1012 |
В настоящее время получили большое распространение источники нейтронов, использующие спонтанное деление 25298Cf, получаемого на ускорителях и ядерных реакторах, дающие большой удельный выход нейтронов ~ 2,5х106 нейтр./с на 1 мг 252Cf. Среднее число мгновенных нейтронов на деление составляет 3,78 с небольшим выходом сопутствующего фотонного излучения. Максимальная мощность таких источников может достигать примерно 1012 с-1. Энергетический спектр нейтронов источника - сплошной, с максимумом при энергии нейтронов около 0,8 МэВ и средней энергией 2 МэВ, по внешнему виду мало отличающийся от спектра вынужденного деления ядер урана и плутония (см. рис.5.8). Период полураспада 252Cf по отношению к спонтанному делению равен 86 годам.
Рис.5.8. Энергетическое распределение нейтронов 252Cf-источника.
Нейтронный распад. В отдельных случаях, когда энергия возбужденного ядра превышает энергию связи нейтрона в ядре, составляющую 8-10 МэВ, может происходить распад ядра с выделением нейтрона. Испускание нейтрона приводит к уменьшению массового числа вторичного атома на единицу. Например:
7N17 = 0n1 + 7N16 → 8O16 + b + g. (5.24)
К этой категории источников нейтронов можно отнестиисточники запаздывающих нейтронов, которые представляют собой радионуклиды, обогащенные нейтронами, в которых энергия возбуждения превышает энергию связи нейтрона в ядре. Образующиеся в процессе деления тяжелых ядер эти радионуклиды, имеющие периоды полураспада в пределах нескольких минут, как отдельные радионуклидные источники нейтронов не используются. Более подробно характеристики запаздывающих нейтронов описаны в § 5.3.
|
|
|
Второй тип получения нейтронов с помощью радионуклидных источников основан на ядерных реакциях (α,n) и (γ,n), приводящих к образованию нейтрона, когда в качестве α, γ –излучателей используются естественные или искусственные радионуклиды.
(α,n) –источники нейтроновдают нейтроны при захвате α-частицы, испускаемой α-источником, в качестве которого используют Am, Ро, Рu, Ra, мишенью из Ве, В, Li, F. Обычно источники представляют гомогенную смесь материалов излучателя и мишени и характеризуются активностью, определяемой активностью α-излучателя. Для каждого источника дается число нейтронов, испускаемых на единицу активности α-излучателя, или, как в табл.5.2, выход нейтронов на 1 г α-излучателя. Характеристики часто используемых (α,n)-источников приведены в табл.5.2.
|
|
|
Таблица 5.2.
Основные характеристики (α,n)-источников нейтронов.
| источник | Т1/2 | Выход нейтронов, нейтр./с г | Е, МэВ | Выход фотонов | |
| Максим. | Средняя | ||||
| 226Ra-α-Be | 1600 лет | 1,5·107 | 13 | 3,2 | ~104 |
| 210Po-α-Be | 138,5 сут | 1010 | 10,9 | 4,2 | ~1 |
| 239Pu-α-Be | 24360 лет | 1,8·105 | 10,7 | 4,5 | ~3 |
| 238Pu-α-Be | 87 лет | 2·107 | 11,1 | 3,9 | несколько |
| 210Po-α-B | 138,5 сут | - | 6,0 | 2,7 | - |
Мощность источников такого типа не превышает ~109 с-1 ; энергетический спектр нейтронов зависит от комбинации α-излучателя и мишени и представляет сплошное распределение в диапазоне энергий нейтронов 1-12 МэВ из-за наличия дискретных линий в спектре α-излучателя и ионизационного торможения первоначально моноэнергетических α-частиц.
Для примера на рис. 5.9 приведены энергетические спектры некоторых (α,n)-источников.
Рис. 5.9. Измеренные (сплошные кривые) и рассчитанные (пунктирные кривые) спектры нейтронов (а) и фотонов (б), испускаемых 210Po –α –Be (слева) и
239Pu - α –Be (справа) источниками нейтронов.
Изменение мощности источника со временем определяется периодом полураспада α-излучателя.
Как правило, такие источники нейтронов одновременно испускают заметное фотонное излучение, обусловленное γ-квантами распада радионуклида α-излучателя и фотонами, возникающими в процессе реакции (α,n). Например, в Po-α-Be источнике на 1 испущенный нейтрон испускается 1 фотон с энергией 4,44 МэВ и фотоны с энергиями 2,9 и 7,3 МэВ с низким выходом возбужденным продуктом реакции 12С, 1,2·10-5 фотонов с энергией 0,803 МэВ в результате распада 210Ро. Сопутствующее фотонное излучение радиевого источника определяется фотонами распада радия с дочерними продуктами его распада.
|
|
|
(γ,n) или фотонейтронные источникиможно создать, если облучать мишень γ-излучением радионуклида, энергия которого превосходит энергию связи нейтрона в ядре мишени. Существуют всего два ядра – это 2Н и 9Ве с энергиями связи нейтронов Есв=2,23 и 1,67 МэВ, соответственно, которые можно использовать для этих целей. В качестве гамма-излучателей применяют 24Na, 124Sb, 226Ra, 228Th и т.д., энергия γ-квантов которых превышает указанные энергии связи нейтрона.
В итоге (γ,n) реакции для моноэнергетического γ-кванта с энергией Еγ можно получить нейтроны с энергией Е, определяемой формулой:
Е= 
·
· 
≈
≈ (Еγ - Eсв) (5.25),
|
|
|
где А- атомная масса ядра мишени, θ- угол вылета нейтрона относительно направления движения фотона; энергии в формуле подставляются в МэВ. Для многих практических задач источники нейтронов по реакции (γ,n) можно считать близкими к моноэнергетическим.
Мощность таких источников невелика и не превышает 108 с-1. Для этих нейтронных источников также характерно сопутствующее фотонное излучение, обусловленное, как правило, фотонами гамма-излучателя. В качестве примера в табл.5.3 приведены наиболее часто используемые (γ,n)-источники нейтронов. Здесь же приведены их характеристики: периоды полураспада гамма-излучателя, энергии испускаемых фотонов с их выходами на один акт распада, выходы нейтронов и их энергии.
Контрольные вопросы к § 5.2
1. Назовите виды радиоактивного распада.
2. Каковы энергетические возможности α-распада?
3. С какими энергиями испускаются α-частицы при распаде?
4. Почему при β-распаде испускаются электроны с непрерывным распределением по энергии?
5. Чем отличается позитронный распад от К-захвата?
6. В чем состоит природа внутренней конверсии?
7. Назовите природу испускания сопутствующего фотонного излучения при β-распаде?
8. Как зависит интенсивность сопутствующего тормозного излучения при β-распаде от максимальной энергии β-частиц и атомного номера материала?
9. Каков вид спектра тормозного излучения, создаваемого электронами и β-частицами?
10. Назовите основные радионуклидные источники нейтронов.
11. Назовите наиболее часто используемый источник нейтронов спонтанного деления.
12. Какие радионуклиды способны при распаде испускать нейтронное излучение?
13. Опишите конструкцию (α,n) –радионуклидного источника.
14. К какому диапазону энергий относятся нейтроны, испускаемые (α,n) – источником?
15. Чем обусловлено сопутствующее фотонное излучение в (α,n) – источниках нейтронов?
16. При каких условиях можно реализовать фотонейтронный источник?
17. Чему примерно равна энергия нейтронов, испускаемых фотонейтронным источником?
Таблица 5.3.
Характеристики (γ,n)-источников нейтронов.
| источник | Т1/2 | Еγ i , МэВ, ( nγi,%)*1 | Е, МэВ | Выход, нейтр/с мг*2 |
| 24Na-γ-Be | 15 час | 3,867 (0,06) 2,754(99,87) | 0,83 | 130 |
| 24Na-γ-D2O | 15 час | 3,867 (0,06) 2,754(99,87) | 0,22 | 270 |
| 88Y-γ-Be | 107,15 сут | 3,219 (0,01) 2,734 (0,43) 1,836 (99,6) | 0,16 | 100 |
| 124Sb-γ-Be | 60,2 сут | 2,091 (5,61) 1,691 (49) | 0,024 | 190 |
*1 Энергия и квантовый выход фотонов, на которых возможна реакция
*2 Выход на 1 мг мишени, находящейся на расстоянии 1см от источника
фотонов активностью 3,7·1010Бк
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 513; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!