Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ
Представлены результаты исследования процессов генерации нейтронов в уран-свинцовой сборке с четырьмя секциями уранового бланкета, облучаемой релятивистскими дейтронами с энергиями 1.6 ГэВ. Представлено результати дослідження процесів генерації нейтронів в уран-свинцевої збірці із чотирма секціями у...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111548 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, И.В. Жук, А.С. Потапенко, М.И. Кривопустов, П.С. Кизим // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 174-178. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111548 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, В.В. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Кривопустов, М.И. Кизим, П.С. 2017-01-10T17:37:46Z 2017-01-10T17:37:46Z 2008 Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, И.В. Жук, А.С. Потапенко, М.И. Кривопустов, П.С. Кизим // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 174-178. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111548 621.039.667.9 Представлены результаты исследования процессов генерации нейтронов в уран-свинцовой сборке с четырьмя секциями уранового бланкета, облучаемой релятивистскими дейтронами с энергиями 1.6 ГэВ. Представлено результати дослідження процесів генерації нейтронів в уран-свинцевої збірці із чотирма секціями уранового бланкета, що опромінюється релятивістськими дейтронами з енергіями 1,6 ГеВ. Results are reported from the studies on the processes of neutron generation in the uranium-lead assembly with four sections of uranium blanket exposed to relativistic deuterons having a energy of 1.6 GeV. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускорителей Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ Генерація нейтронів в уран-свинцевої збірці при опроміненні дейтронами з енергією 1.6 ГеВ Neutron generation in the U-Pb assembly under irradiation with deuterons of energies 1.6 GeV Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ |
| spellingShingle |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, В.В. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Кривопустов, М.И. Кизим, П.С. Применение ускорителей |
| title_short |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ |
| title_full |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ |
| title_fullStr |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ |
| title_full_unstemmed |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ |
| title_sort |
генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 гэв |
| author |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, В.В. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Кривопустов, М.И. Кизим, П.С. |
| author_facet |
Воронко, В.А. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, В.В. Жук, И.В. Потапенко, А.С. Кривопустов, М.И. Кизим, П.С. |
| topic |
Применение ускорителей |
| topic_facet |
Применение ускорителей |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Генерація нейтронів в уран-свинцевої збірці при опроміненні дейтронами з енергією 1.6 ГеВ Neutron generation in the U-Pb assembly under irradiation with deuterons of energies 1.6 GeV |
| description |
Представлены результаты исследования процессов генерации нейтронов в уран-свинцовой сборке с четырьмя секциями уранового бланкета, облучаемой релятивистскими дейтронами с энергиями 1.6 ГэВ.
Представлено результати дослідження процесів генерації нейтронів в уран-свинцевої збірці із чотирма секціями уранового бланкета, що опромінюється релятивістськими дейтронами з енергіями 1,6 ГеВ.
Results are reported from the studies on the processes of neutron generation in the uranium-lead assembly with four sections of uranium blanket exposed to relativistic deuterons having a energy of 1.6 GeV.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111548 |
| citation_txt |
Генерация нейтронов в уран-свинцовой сборке при облучении дейтронами с энергией 1,6 ГэВ / В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, И.В. Жук, А.С. Потапенко, М.И. Кривопустов, П.С. Кизим // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 174-178. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT voronkova generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT sotnikovvv generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT sidorenkovv generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT žukvv generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT žukiv generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT potapenkoas generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT krivopustovmi generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT kizimps generaciâneitronovvuransvincovoisborkeprioblučeniideitronamisénergiei16gév AT voronkova generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT sotnikovvv generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT sidorenkovv generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT žukvv generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT žukiv generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT potapenkoas generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT krivopustovmi generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT kizimps generacíâneitronívvuransvincevoízbírcípriopromínennídeitronamizenergíêû16gev AT voronkova neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT sotnikovvv neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT sidorenkovv neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT žukvv neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT žukiv neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT potapenkoas neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT krivopustovmi neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev AT kizimps neutrongenerationintheupbassemblyunderirradiationwithdeuteronsofenergies16gev |
| first_indexed |
2025-11-24T02:19:15Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:19:15Z |
| _version_ |
1850839967052333056 |
| fulltext |
УДК 621.039.667.9
ГЕНЕРАЦИЯ НЕЙТРОНОВ В УРАН-СВИНЦОВОЙ СБОРКЕ ПРИ
ОБЛУЧЕНИИ ДЕЙТРОНАМИ С ЭНЕРГИЕЙ 1,6 ГэВ
В.А. Воронко1, В.В. Сотников1, В.В. Сидоренко1, В.В. Жук1,
И.В. Жук2, А.С. Потапенко2, М.И. Кривопустов3, П.С. Кизим4
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
2Объединенный институт энергетических и ядерных исследований,
Минск, Беларусь
3Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия
4Харьковский национальный университет им. Каразина, Харьков, Украина
E-mail: voronko@kipt.kharkov.ua
Представлены результаты исследования процессов генерации нейтронов в уран-свинцовой сборке с
четырьмя секциями уранового бланкета, облучаемой релятивистскими дейтронами с энергиями 1.6 ГэВ.
1. ВВЕДЕНИЕ
С начала 50-х годов, когда Е. Лоуренс в США и
Н.Н. Семенов в СССР предложили использовать
ускорители для генерации нейтронов, в мире не осла-
бевает интерес к исследованию процессов, происхо-
дящих в различных средах под действием высоко-
энергетичных частиц. Нейтронный поток генерирует-
ся в результате реакций расщепления, и такой способ
получения нейтронов получил название – электро-
ядерный. Тогда же, в 50-х, в Канаде и США был
предложен способ переработки природного тория и
урана в легкоделящиеся ядра урана-233 и плутония-
239 с помощью ускорителя протонов с энергией
1 ГэВ и током сотни миллиампер (электроядерный
бридинг). В дальнейшем использование электроядер-
ных нейтронов было предложено для управления
подкритическим безопасным реактором, а также для
трансмутации отходов атомной энергетики.
По инициативе профессоров К.Д Толстова
(ОИЯИ) и Н.А. Хижняка (ХФТИ) в начале 80-х на
базе Синхрофазотрона ЛВЭ ОИЯИ (Дубна) были на-
чаты экспериментальные исследования нейтронных
потоков, генерируемых релятивистскими ядрами в
протяженных мишенях из тяжелых элементов. Для
исследования взаимодействия различных пучков ре-
лятивистских ядер с протяженной мишенью исполь-
зовался свинцовый блок 50×50×80 см, весом более
2,2 т. Были получены следующие основные ре-
зультаты (см., напр., [1-2]):
- измерены пространственные распределения
реакций радиационного захвата 238U(n,γ);
- измерены пространственные распределения
реакций деления 238U(n,f);
- получены относительные кумулятивные вы-
ходы осколков деления 238U для указанных
пучков;
- измерены энергетические спектры нейтронов
внутри свинцовой мишени;
- определена энергетическая стоимость нейтро-
нов для различных пучков.
В середине 90-х, основываясь, в том числе, и на
результатах, полученных на Свинцовом блоке, была
разработана и создана установка «Энергия + транс-
мутация» (ОИЯИ, Дубна, Россия). На установке ве-
дутся систематические исследования генерации ней-
тронов и энерговыделения в свинцовой мишени и
урановом бланкете на пучках релятивистских ядер, а
также исследуется трансмутация радиоактивных от-
ходов атомной энергетики (I-129, Np-237, Pu-239 и
Am-241) [3-6].
Целью настоящей работы является исследование
пространственно-энергетического распределения
нейтронов в системе “свинцовая мишень + бланкет
из естественного урана” при облучении ее дейтрона-
ми с энергией 1,6 ГэВ. Работа включает в себя:
- определение параметров дейтронного пучка;
- измерение пространственного распределения
в U/Pb-сборке числа реакций деления 238U,
числа реакций радиационного захвата нейтро-
нов 238U;
- измерение сечений деления и сечений ядер-
ных реакций на natU, natPb и 209Bi под действи-
ем дейтронов на прямом пучке с энергией 1,6
ГэВ.
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Облучение свинцовой мишени с четырьмя секци-
ями уранового бланкета проводилось дейтронами с
энергией 1,6 ГэВ, ускоренными сверхпроводящим
синхротроном «Нуклотрон» Лаборатории высоких
энергий ОИЯИ. Направление дейтронного пучка
совпадало с горизонтальной осью симметрии мише-
ни. Средняя интенсивность пучка составляла около
7×109 дейтронов в импульсе. Более подробное опи-
сание экспериментальной установки можно найти в
работе [1,7]. Определение полного флюенса упав-
ших на свинцовую мишень ускоренных дейтронов
проводилось с помощью стандартной методики ак-
тивации алюминиевой фольги. Сечение образования
24Na известно для дейтронов с энергией 2,33 ГэВ [8].
Величина этого сечения равна (15,25±1,50) мбарн.
Следует отметить, что в этом диапазоне энергий се-
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.174-178.174
mailto:voronko@kipt.kharkov.ua
чение практически не меняется и поэтому для дей-
тронов с энергией 1,6 ГэВ можно использовать сече-
ние равное 15,25 мбарн. Полное число дейтронов за
все время облучения составило (2,1±0,2)×1013, время
облучения вместе с техническими остановками со-
ставило 6 часов 47 минут.
Для определения профиля дейтронного пучка ис-
пользовались твердотельные трековые детекторы
ядер (ТТДЯ) с радиатором из Pbест. В качестве ТТДЯ
использовалась искусственная слюда
(фторфлогопит). Данный тип трекового детектора
имеет высокую эффективность регистрации осколков
деления и позволяет исключить фон от ядер отдачи
при экспозиции в полях нейтронов с жестким спек-
тром. Детекторы располагались по азимутам 0…180
(ось X) и 90…270 (ось Y). Детекторы располагались
на расстоянии от -13,5 до +13,5 см, считая от оси
сборки, всего 37 штук. Распределение плотности тре-
ков от деления свинца по оси Y и по оси X представ-
лено на Рис.1.
Рис.1. Распределение плотности треков от деления
свинца по оси Y и по оси X
Координаты центра пучка по осям X и Y соста-
вили соответственно (-0,6) ± 0,1 см и 0,4 ± 0.1 см.
Ширина пика на полувысоте по осям X и Y состави-
ла соответственно 2,8 ± 0,1 см и 1,9 ± 0,1 см. В ре-
зультате проведенных измерений получено, что
99.7% ускоренных дейтронов упало на свинцовую
мишень.
ТТДЯ были также использованы для получения
пространственного распределения числа реакций де-
ления естественных урана и свинца в U/Pb-сборке.
Методики работы с ТТДЯ подробно описаны в [9,
10]. Пространственное распределение числа реакций
радиационного захвата нейтронов 238U измерялось с
помощью урановых фольг естественного состава
(диаметр 8 мм, толщина 1 мм). Фольги вместе с
ТТДЯ размещались в уран-свинцовой сборке на
пяти пластинах и экспонировались в течение полно-
го сеанса облучения U/Pb-сборки дейтронами. Всего
было использовано 30 урановых фольг. Позиции для
размещения измерительных сенсоров внутри U/Pb
сборки были использованы такие же, как и в работе
[11]. После окончания облучения уран-свинцовой
сборки проводилось измерение γ-спектров облучен-
ных урановых фольг с помощью полупроводниково-
го спектрометра с детектором Canberra GC1520 из
сверхчистого германия объемом 95 см3 с относи-
тельной эффективностью 15%. Измерения проводи-
лись в двух геометриях: на расстоянии 0 и 70 мм от
крышки детектора. Эффективность регистрации де-
тектора для этих геометрий определялась с помо-
щью калибровочных источников. Определение ко-
личества ядерных реакций в активационных детек-
торах проводилось с учетом режима работы нукло-
трона (с учетом временной зависимости интенсив-
ности дейтронного пучка и технических остановок
ускорителя во время облучения). Подробное описа-
ние методики измерения представлено в работе [11].
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Число реакций радиационного захвата 238U соот-
ветствует количеству 239Pu, образующемуся в ре-
зультате цепочки β-распадов 239U:
238U(n,γ)239U→239Np→239Pu.
После окончания процесса облучения уран-свинцо-
вой сборки проводилось измерение γ-спектров облу-
ченных урановых фольг. На Рис.2 представлены про-
странственные распределения числа реакций радиа-
ционного захвата 238U(n,γ) для U/Pb-сборки.
Рис.2. Пространственные распределения числа ре-
акций радиационного захвата 238U(n,γ) для U/Pb-
сборки. Данные приведены на одно ядро 238U.
a) - аксиальные (при R=0, 85, 135 мм);
b) - радиальные (при L=0, 118, 236, 354, 472 мм)
Из Рис.2,а видно, что максимумы кривых распре-
деления числа захватов для R=0 и R=85 мм находят-
ся на расстоянии порядка Z=100…130 мм, в то вре-
мя как для R=135 мм максимум находится на рас-
стоянии порядка Z=150…200 мм, т.е. по центру
сборки и соответственно по центру биологической
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.174-178.
0 100 200 300 400 500
1
10
N
ca
pt
ur
e
L, mm
R=0
R=85mm
R=135mm
x10-13
a)
L, мм
N
за
хв
ат
0 20 40 60 80 100 120 140
1
10
N
ca
pt
ur
e
R, mm
L=0
L=118mm
L=236mm
L=354mm
L=472mm
x10-13
b)
R, мм
N
за
хв
ат
175
Х, см
Y
, с
м
Тр
ек
/с
м2 /с
м
защиты. Это связано с тем, что основной вклад в
число реакций захвата для R=135 мм вносят нейтро-
ны, отраженные биологической защитой. Этим же
объясняется то, что результаты выхода реакций за-
хвата для фольг, расположенных в уране и воздухе,
близки, а на переднем и заднем торце сборки совпа-
дают в пределах статистической ошибки. В радиаль-
ном направлении (Рис.2,b) скорость реакций радиа-
ционного захвата 238U(n,γ) уменьшается по мере уда-
ления от оси U/Pb-сборки, а на периферии видно,
что основную роль также играют нейтроны, отра-
женные защитой. Число реакций захвата при
R = 135 мм больше чем при R = 85 мм для всех де-
текторных пластин.
Наряду с γ-линиями, сопровождающими распад
239Np, в спектрах было идентифицировано большое
количество γ-линий, соответствующих радиоактив-
ным осколкам деления в интервале массового числа
А=88…146 (88Kr, 91Sr, 97Zr, 105Ru, 131I, 132Te, 133I, 135I,
135Xe, 143Ce, 146Ce и др.). По измеренной интенсивно-
сти γ-линий были определены полные количества
ядер этих нуклидов, наработанных за весь сеанс об-
лучения в различных точках уран-свинцовой сборки.
Из количества образовавшихся продуктов деления, у
которых выходы на одно деление близки для нейтро-
нов в широком энергетическом диапазоне, можно
определить число реакций деления 238U. Число деле-
ний определялось усреднением результатов для сле-
дующих осколков: 97Zr (5,7%), 131I (3,6%), 133I (6,3%),
143Ce (4,3%). В скобках средний кумулятивный выход
для спектра деления и 14 МэВ нейтронов [12]. На
Рис.3 представлены пространственные распределения
числа реакций деления 238U(n,f) для U/Pb-сборки.
Отметим, что поскольку деление 238U − порого-
вый процесс, то распределения числа делений отра-
жают распределения нейтронов с энергией Е>
1 МэВ. Об этом говорит и тот факт, что на перифе-
рии сборки в случае реакций деления не наблюдает-
ся вклада от тепловых нейтронов, отраженных био-
логической защитой. Наблюдаемый более резкий
спад числа делений в R-распределениях по сравне-
нию с L-распределениями указывает на то, что
спектр нейтронов в продольном направлении жест-
че.
На основе полученных пространственных распре-
делений реакций радиационного захвата нейтронов
238U в бланкете уран-свинцовой сборки можно опре-
делить также и полное количество 239Pu, наработан-
ного за все время облучения. Экспериментальное зна-
чение массы плутония, наработанного в урановом
бланкете за все время облучения дейтронами с энер-
гией 1,6 ГэВ, составило (4,2±0,4)·10-8 г, или в пере-
счете на один ускоренный дейтрон и один гигаэлек-
тронвольт энергии − (1,2±0,1)·10-21 г/ГэВ⋅d. При облу-
чении сборки дейтронами с энергией 2,52 ГэВ (де-
кабрь 2005 г.) экспериментальное значение массы
плутония составило (1,6±0,2)·10-8 г, или на один дей-
трон и один гигаэлектронвольт энергии − (1,1±
0,1)·10-21 г/ГэВ⋅d.
Рис.3. Пространственные распределения числа ре-
акций деления 238U(n,f) для U/Pb-сборки.
Данные приведены на одно ядро 238U.
a) - аксиальные (при R=0, 30, 60, 85, 110, 135 мм),
b) - радиальные (при L=0, 118, 236, 354, 472 мм)
На Рис.4,a и 4,b приведены аксиальные и ра-
диальные распределения плотности треков в ТТДЯ
при делении свинца. Поскольку плотность треков
пропорциональна количеству делений, то на этих
рисунках представлены пространственные распреде-
ления деления свинца. А так как это пороговый про-
цесс, то эти распределения отражают распределение
нейтронов с энергией Е>50 МэВ.
Отметим, что аксиальные распределения деления
для свинца и урана подобны. Исключением является
точка на первой детекторной пластине при R=0. Об-
разцы в этой точке делятся прямым дейтронным
пучком, а так как в случае свинца деление регистри-
руется с помощью ТТДЯ, которые позволяют детек-
тировать не только двойные деления, но и тройные
и т.д.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.174-178.
0 100 200 300 400 500
1
10
N
fis
si
on
L, mm
R=0
R=30mm
R=60mm
R=85mm
R=110mm
R=135mm
x10-13
a)
N
де
ле
ни
е
L, мм
0 20 40 60 80 100 120 140
1
10
N
fis
si
on
R, mm
L=0
L=118mm
L=236mm
L=354mm
L=472mm
b)
x10-13
R, мм
N
де
ле
ни
е
0 100 200 300 400 500
1E-3
0.01
0.1
1
10
T
ra
ck
D
en
si
ty
, t
r/
cm
2
L, mm
R=0
R=30
R=60
R=85
R=135
x106
a)
П
ло
тн
ос
ть
т
ре
ко
в,
т
р/
см
2
L, мм
176
Рис.4. a - аксиальные распределения плотности
треков в ТТДЯ при делении свинца;
b - радиальные распределения плотности треков
в ТТДЯ при делении свинца
С помощью активационной методики мы видим
только двойные деления.
Радиальные распределения также подобны за ис-
ключением того, что в случае деления свинца число
реакций падает значительно быстрее, чем в случае
деления урана. Это значит, что нейтроны быстро те-
ряют энергию в бланкете сборки в результате ядер-
ных реакций.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕ-
ЛЕНИЕ СЕЧЕНИЙ ДЕЛЕНИЯ И ЯДЕР-
НЫХ РЕАКЦИЙ НА ПРЯМОМ ПУЧКЕ
ДЕЙТРОНОВ
В ходе ускорительного сеанса нами также было
проведено измерение сечений деления и сечений
ядерных реакций на natU, natPb и 209Bi под действием
дейтронов на прямом пучке с энергией 1,6 ГэВ.
Необходимость таких измерений связана с тем, что,
в отличие от протонов, для дейтронов эксперимен-
тальные данные (для большинства ядер) по сечени-
ям ядерных реакций с энергией бомбардирующих
частиц выше 500 МэВ практически отсутствуют
(библиотека EXFOR [13]), что затрудняет, в частно-
сти, проведение модельных расчетов подкритиче-
ских сборок ADS (электроядерные системы, управ-
ляемые ускорителем). Отсутствуют данные по цир-
конию, гафнию и другим конструкционным матери-
алам, использование которых возможно в подкрити-
ческих ADS. Нет экспериментальных данных в дан-
ном диапазоне энергий и по сечениям ядерных реак-
ций под действием дейтронов на висмуте, который
используется в свинцово-висмутовой эвтектике
(перспективная жидкая мишень, одновременно ис-
пользуемая для съема тепла в подкритических
ADS). Полученные нами экспериментальные значе-
ния сечений реакций приведены в Табл.1,2.
В Табл.1 приведены полученные нами значения
сечений деления на natU, natPb и 209Bi, а также, для
сравнения, более ранние экспериментальные значе-
ния, полученные другими авторами. В пределах
ошибок данные сечения совпадают.
Таблица 1. Сечения деления дейтронами
Образец
Сечения деления, мб
для Еd = 1.6 ГэВ
(эксперимент, дан-
ная работа)
Сечения деления, мб
для Еd = 1.6 ГэВ
(эксперимент, база
EXFOR [13])
U-nat 1700 ±300 1654 ± 340
Pb-nat 200 ± 50 182 ± 40
Bi-209 220 ±80 323 ± 60
В Табл.2 приведены экспериментальные значе-
ния сечений ядерных реакций 209Bi(d,x) с выходом
различных изотопов висмута. Сечения ядерных ре-
акций на Bi (под действием дейтронов в диапазоне
энергий Еd > 500 МэВ) получены впервые. Для срав-
нения, в Табл. 2 приведены экспериментальные зна-
чения сечений аналогичных реакций под действием
протонов с примерно такой же энергией
(Еp = 1,5 ГэВ, Еd = 1,6 ГэВ). Отношение эксперимен-
тальных значений сечений реакций (209Bi(d,x)АBi)/
(209Bi(p,x)АBi) примерно равно 1,8 для выхода
большинства изотопов висмута. Исключение состав-
ляет выход изотопа 200Bi, для которого значения се-
чений на протонах и дейтронах отличаются всего в
1,2 раза.
Таблица 2. Сечения ядерных реакций на 209Bi
Продукт ре-
акции
209Bi(d,x)
или
209Bi(p,x)
Сечение, мб
дейтроны
Еd = 1,6 ГэВ
(эксперимент,
данная работа)
Сечение, мб
протоны
Еp = 1,5 ГэВ
(эксперимент,
[14])
207Bi - 66,8 ± 8,6
206Bi 60 ± 5 31,5 ± 3,8
205Bi - 29,4 ± 3,5
204Bi 51 ± 4 30,3 ± 3,6
203Bi 42 ± 3 23,3 ± 3
202Bi 25 ± 2,5 13,2 ± 2,6
201Bi 14 ± 1,5 -
200Bi 12 ± 1,5 10,1 ± 1,2
Обсуждение полученных экспериментальных
значений сечений ядерных реакций, а также методи-
ка измерений и сравнение с теоретическими расче-
тами будут опубликованы в отдельной статье.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнено исследование пространственно-энер-
гетического распределения нейтронов в системе
“свинцовая мишень + бланкет из естественного ура-
на” при облучении ее дейтронами с энергией
1.6 ГэВ. Определены параметры дейтронного пучка
– полный поток и профиль пучка. Более 99% пер-
вичного пучка дейтронов падает на свинцовую ми-
шень. Измеренные пространственные распределе-
ния числа реакций радиационного захвата нейтро-
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.174-178.
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
1E-3
0.01
0.1
1
10
Tr
ac
k
D
en
si
ty
, t
r/c
m
2
R, mm
L=0
L=118
L=236
L=354
L=472
x106
b)
R, мм
П
ло
тн
ос
ть
т
ре
ко
в,
т
р/
см
2
177
нов 238U в бланкете сборки позволили определить
полное число 239Pu, который был наработан за все
время облучения. Число 239Pu, нормированное на
полный поток и гигаэлектронвольт энергии, совпа-
дает в пределах ошибки с числом плутония, нарабо-
танного на дейтронах с энергией 2.52 ГэВ. На осно-
ве пространственных распределений реакций деле-
ния естественных урана и свинца получены распре-
деления нейтронов с энергией Е>1 МэВ и Е>
50 МэВ. Получены значения сечений деления на
natU, natPb и 209Bi, которые совпадают в пределах оши-
бок с более ранними экспериментальными результа-
тами. Впервые (для дейтронов с энергией > 0.5 ГэВ)
определены экспериментальные значения сечений
ядерных реакций 209Bi(d,x) с выходом различных
изотопов висмута.
ЛИТЕРАТУРА
1. V.A. Voronko, V.M. D'yachenko, V.Ya. Kostin, et
al. Interaction of Relativistic Protons and 12С Nu-
clei with a Lead Target // Atomic Energy. 1989,
v.66, p.252-254.
2. V.A. Voronko, V.Ya. Kostin, L.G. Levchuk, et al.
Energy spectra of neutrons generated by relativistic
nuclei in extended lead target // Atomic Energy.
1991, v.71, p.1028-1030.
3. M.I. Krivopustov, D. Chultem, J. Adam, et al. First
experiments with a large uranium blanket within
the installation “Energy plus Transmutation” ex-
posed to 1.5 GeV protons // Kerntechnik. 2003,
v.68, p.48-55.
4. М.I. Krivopustov, J. Adam, V.Bradnova, et al.
First experiments on transmutation studies of 129I
and 237Np using relativistic protons of 3.7 GeV //
Radioanal. and Nucl. Chem. 1997, v.222, p.267-
271.
5. J.-S. Wan, Th. Schmidt, E. Langrock, et al. Trans-
mutation of 129I and 237Np using spallation neutrons
produced by 1.5, 3.7 and 7.4 GeV protons // Nucl.
Instrum. and Neth. in Phys. Res. 2001, v.A463,
p.634-639.
6. J. Adam, A. Balabekyan, V.P. Bamblevski, et al.
Transmutation of 239Pu and other nuclides with
spallation neutrons produced by relativistic pro-
tons reacting with massive U - and Pb – targets:
JINR Preprint. EI136, Dubna, 2001.
7. M.I. Krivopustov, V.A. Voronko, V.V. Sotnikov,
et al. About the first experiment on investigation of
129I, 237Np, 238Pu and 239Pu transmutation at the Nu-
clotron 2.52 GeV deuteron beam in neutron field
generated in U/Pb-assembly «Energy plus Trans-
mutation»: JINR Preprint. El-2007-7, Dubna, 2007.
8. J. Banaigs, J. Berger, J. Dulfo, et al. Determination
del intensite d un faiscean de deutrons extrain d un
synchrotron et mesure des sections efficaces des
reactions 12C(d,p2n)11C et 27Al(d,3p2n)24Na a
2.33 GeV // Nucl. Instr. and Meth. 1971, v.95,
p.307-311.
9. А.П. Малыхин, И.В. Жук, О.И. Ярошевич,
Ю.И. Чуркин. Измерение отношения эффектив-
ных сечений деления 238 235
f fσ σ и 235 239
f fσ σ
и гетерогенных эффектов в быстро-тепловых
критических сборках // Весцi АН БССР. Сер.
фiз.-энер. навук. 1975, №1, с.22-24.
10. А.П. Малыхин, И.В. Жук, Ю.И. Чуркин,
О.И. Ярошевич. Измерение отношения эффек-
тивных сечений деления 238 235
f fσ σ методом
твердых трековых детекторов // Весцi АН
БССР. Сер. фiз.-энер. навук. 1972, №2, с.5-10.
11. В.А. Воронко, В.В. Сотников, В.В. Сидоренко и
др. Нейтронно-физические характеристики
уран-свинцовой сборки, бомбардируемой реля-
тивистскими дейтронами // Вісник ХНУ ім.
Каразіна. 2006, №746, с.75-81.
12. В.М. Горбачев, Ю.С. Замятин, А.А. Лбов. Взаи-
модействие излучений с ядрами тяжелых эле-
ментов и деление ядер. М.: «Атомиздат», 1976.
13. Experimental Nuclear Reaction Data (EXFOR).
http://www-nds.iaea.org/exfor/
14. Yu.E. Titarenko, O.V. Shvedov, M.M. Igumnov, et
al. Experimental and computer simulation study of
the radionuclides produced in thin 209-Bi targets
by 130 MeV and 1.5 GeV proton-induced reactions
// Nucl. Instrum. Methods in Physics Res. 1998,
v.A73, p.414.
Статья поступила в редакцию 16.11.2007 г.
NEUTRON GENERATION IN THE U-Pb ASSEMBLY UNDER IRRADIATION WITH DEUTERONS
OF ENERGIES 1.6 GeV
V.А Voronko, V.V. Sotnikov, V.V Sidorenko, V.V. Zhuk, I.V. Zhuk, A.S. Potapenko, M.I. Krivopustov, P.S. Kizim
Results are reported from the studies on the processes of neutron generation in the uranium-lead assembly with
four sections of uranium blanket exposed to relativistic deuterons having a energy of 1.6 GeV.
ГЕНЕРАЦІЯ НЕЙТРОНІВ В УРАН-СВИНЦЕВОЇ ЗБІРЦІ ПРИ ОПРОМІНЕННІ ДЕЙТРОНАМИ
З ЕНЕРГІЄЮ 1.6 ГеВ
В.О. Воронко, В.В. Сотніков, В.В. Сидоренко, В.В. Жук, И.В. Жук, А.С. Потапенко, М.І. Кривопустов,
П.С. Кізім
Представлено результати дослідження процесів генерації нейтронів в уран-свинцевої збірці із чотирма
секціями уранового бланкета, що опромінюється релятивістськими дейтронами з енергіями 1,6 ГеВ.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.174-178.
178
|