Физика подкритического ядерного реактора
анализа процессов, вызываемых ускоренными ядрами, удобно ввести
удельную энергию, то есть энергию, приходящуюся на один нуклон. Это
величина Е* = Е/А. В первом приближении ядро, летящее в пучке с энергией Е,
можно рассматривать как совокупность А нуклонов с энергией Е* каждый. Тогда
действие пучка ядер представляется эквивалентным действию пучка протонов, в
А раз более интенсивного и в А раз менее энергичного, что даст то же число
нейтронов на единицу затраченной на ускорение энергии (при этом ускорение
ядер - процесс технологически несколько более сложный, чем ускорение
протонов).
Однако этот вывод справедлив лишь в первом приближении. Величина n в
выражении N0 = [pic], является функцией двух переменных: Е и А, а не
только их отношения А*. С одной стороны, эту зависимость можно рассчитать
из теоретической модели, а с другой - изучить на опыте. Теоретический
расчёт даёт максимальное число нейтронов на единицу затраченной энергии для
пучка дейтронов 2Н, а далее с ростом А эффективность ядерного пучка
медленно убывает. В эксперименте проявился неожиданный эффект. Эти
экспериментальные результаты были получены двумя группами физиков в опытах
на синхрофазотроне Объединённого института ядерных исследований в Дубне
(Россия), который в последние годы, работает в режиме ускорения пучков
ядер. Одна группа представляла физиков ОИЯИ, другая объединяла в рамках
сотрудничества физиков из ОИЯИ, Германии (Марбург), Франция
(Страсбург), Греции (Салоники). Обе группы получили согласующиеся между
собой результаты: измеренный поток нейтронов, порождённый пучком ядер 12С с
полной энергией 44 ГэВ (Е* = 3,65 Гэв), в полтора раза превышает расчётный,
теоретический. При этом отклонение результатов наблюдений от расчётных
предсказаний начинается при достаточно большом значении энергии Е,
превышающей согласно данным второй группы энергию 22 ГэВ.
С большой степенью вероятности причиной такого рассогласования можно
считать коллективные эффекты в ядрах. Дело в том, что при столкновении двух
ядер наряду с взаимодействием отдельных составляющих их нуклонов между
собой может происходить обмен энергией между взаимодействующими ядрами как
целыми, то есть в игру вступают сразу все 44 ГэВ, запасённые ядром 12С. В
результате образуется сильно возбуждённое ядерное состояние, дающее при
развале большое кол-во так же возбуждённых ядерных фрагментов По -
видимому, эти процессы с заметной интенсивностью происходят при энергиях Е
порядка 40 ГэВ и более. Например, для ядер аргона 40Ar это происходит уже
при удельной энергии Е* = 1 ГэВ. Для коллективных эффектов в ядре важным
является действие вязкости ядерной материи, что приводит к эффективному
трению при движении частиц в ядре. Трение приводит к тому, что область
взаимодействия налетающего ядра с ядром мишени как бы расширяется.
Вследствие этого увеличивается вероятность вылета возбужденных ядерных
фрагментов, что ведёт к увеличению выхода нейтронов. Справедливость такой
интерпретации составляет предмет теоретических и экспериментальных
исследований.
Изучение этой проблемы даст возможность выбрать оптимальный пучок для
поддержания работы подкритического реактора. В самом деле, усиление ядерных
каскадов при реакциях тяжелых ядер с достаточно высокой энергией может
привести к выводу о преимуществе использования тяжелых ядер вместо протонов
для работы установок, которые описанные выше. Таким образом, вопрос о
выборе пучка для генерации потока нейтронов оказывается связанным с
фундаментальными проблемами физики ядра и элементарных частиц.
Список используемой литературы:
1. Вальтер А.К., Залюбовский И.И. Ядерная физика. Харьков: Основа, 1991.
2. Воронько В.А. и др. // Атомная энергия. 1990. Т.68.С.449; 1991
Т.71.С.563.
3. Соросовский общеобразовательный журнал. №1, 1997. Арбузов Б.А. Физика
подкритического ядерного реактора.
4. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика 11»
| | скачать работу |
Физика подкритического ядерного реактора |