1.1 Характеристики нейтронных процессов в яр.

Ядерная реакция – это результат взаимодействия ядер с различными ядерными частицами. Для понимания физических процессов в реак­торе наиболее важен класс нейтронных ядерных реакций, т. е. инициируемых свободными нейтронами.

Нейтронные реакции - это результат взаимодействия свободных нейт­ронов с атомными ядрами. Нейтроны, входящие в состав атомных ядер, называют связанными, в от­личие от свободных нейтронов, движущихся в среде вне ядер атомов. Именно свободные нейтроны, сталки­ваясь в процессе перемещения с ядрами атомов среды и взаимодействуя с ними, вызывают различные нейтрон­ные реакции.

Лёгкая осуществимость большинства нейтронных реакций обусловлена электронейтральностью нейтронов, благодаря которой (в от­личие от частиц с электрическим зарядом) они имеют возможность сравнительно легко преодолевать энергетический барьер электростатического поля ядра, попадать в сферу действия его притяжения и взаимо­действовать с нуклонами ядра, вызывая его кардинальную перестройку. В этом - суть нейтронных ядерных реакций.

Основные типы нейтронных реакций

Квантовая физика рассматривает ядро любого устойчивого атома как систему нуклонов, суммарная потенциальная энергия которых мо­жет принимать ряд строго определённых, присущих только этому ядру, зна­чений. И если в устойчивое ядро привносится извне дополнительная масса, энергия, или то и другое вместе, энергия ядра уже не будет соответ­ствовать ни одному из его уровней устойчивости. То есть образующееся в результате проникновения нейтрона составное ядро - ядро возбуждённое или неустойчивое.

Составное ядро (как и любая неустойчивая сис­тема в Природе) длительно существовать не может и стремится «скатиться» к ближайшему устойчивому энергетическому уровню, т.е. избавиться от избытка энер­гии сверх энергии ближайшего уровня устойчивости. Время пребывания составного ядра в возбуждённом состоянии - величина порядка 10^-16 ¸ 10^-13 с.

Это естественное стремление составного ядра к устой­чивому состоянию может быть реализовано разными путями, суть которых одна: «сбросить» избыток энергии сверх уровня устойчивости.

От того, каким путём сос­тавное ядро начинает переходить к устойчивости, зависит тип нейтронной реакции

а) Реакция захвата нейтрона ядром с испусканием гамма- кванта называется радиа­ционным захватом. К реакциям радиационного захвата склонны в различной степени все без исключения известные нуклиды. Наиболее склонные к радиационному захвату сорта атомных ядер называют поглотителями нейтронов.

Примеры: бор-10 (¹⁰B), самарий-149 (¹⁴⁹Sm), ксенон-135 (¹³⁵Xe), европий (Eu), кадмий (Cd), гадолиний (Gd) - всё это сильные поглотители нейтронов.

б) Реакция с испусканием возбужденным составным ядром захваченного или лю­бого другого нейтрона из своего состава называется реакцией рассеяния. и до, и после взаимодействия нейтрона с ядром име­ются свободный нейтрон и одно и то же ядро, и единственным результатом такого взаимодействия является лишь то, что кинетические энергии ис­ходного и испущенного нейтронов неодинаковы: энергия испускаемого нейтрона в подавляющем большинстве случаев ниже энергии исходного нейтрона. Неодинаковы также и направления движения исходного и испус­каемого нейтронов.

Например, ядра атомов водорода (¹Н), дейтерия (²D), бериллия (⁹Be), углерода (¹²С), кислорода (¹⁶О), циркония (⁹¹Zr) и ряд других ядер со слабыми захватными свойствами и сильно выраженной склонностью к рассеянию являются хорошими замедлителями рождаемых в реакторе быстрых нейтронов.

Наиболее склон­ные к радиационному рассеянию (но не очень склонные к радиационному захвату) назы­ваются замедлителями.

в) Третий способ выхода составного ядра из возбужденного состояния – деление ядра на два и более осколков. Поскольку реакция деления – главная и центральная из всех нейтронных реакций, ради осуществления которой строится ядерный реактор, стоит де­тально остановиться на ее особенностях и закономерностях.