Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

RF 3.1. Štěpení jader Proces štěpení spočívá v rozdělení jádra, např. 235U, na dva nebo více odštěpků s hmotnostmi i atomovými čísly podstatně menšími.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "RF 3.1. Štěpení jader Proces štěpení spočívá v rozdělení jádra, např. 235U, na dva nebo více odštěpků s hmotnostmi i atomovými čísly podstatně menšími."— Transkript prezentace:

1 RF 3.1. Štěpení jader Proces štěpení spočívá v rozdělení jádra, např. 235U, na dva nebo více odštěpků s hmotnostmi i atomovými čísly podstatně menšími než u výchozího jádra. Pohlcením neutronu vzniká složené jádro, které může emitovat gama paprsky bez štěpení. K vytvoření poměrně stabilního izotopu 236U, který má poločas rozpadu 2, let, přispívá 16% z celkového počtu zachycených neutronů a ostatní 84% pohlcených neutronů vyvolává štěpení. Typickým příkladem štěpení je rozpad podle schématu: Produkty štěpení (odštěpky) mají dvě důležité vlastnosti: –jsou radioaktivní, –mají kinetickou energii.

2 RF Štěpné produkty Štěpné produkty mají příliš vysoký poměr počtu neutronů k počtu protonů a jsou proto nestabilní. téměř všechny odštěpky jsou radioaktivní a emitují záporné částice beta s doprovodným gama zářením. Radioaktivní bývají i přímé produkty rozpadu odštěpků. Délka rozpadových řad bývá různá, v průměru odštěpek prochází třemi rozpadovými fázemi, než se utvoří stabilní jádro. zajímavá je rozpadová řada 140Xe, protože je velmi častá a také proto, že obsahuje prvky baryum a lanthan, které umožnily objev uranu. Schéma této rozpadové řady je následující:

3 RF Obr.3.1Výtěžek produktů štěpení v závislosti na hmotnostním čísle pro 235 U, 238 U a 239 Pu.

4 RF Energie štěpení Celková energie uvolňující se při štěpení jednoho jádra 235 U činí asi 200 MeV (viz níže tab.3.1). Hodnotu energie štěpení můžeme vypočítat několika způsoby, např.: použitím hmotností štěpitelných izotopů a produktů štěpení, použitím vazebních energií jednotlivých komponent při štěpení. Nyní provedeme přibližné stanovení energie uvolněné při štěpení jádra 235 U, které lze vyjádřit schématem:

5 RF Tab.3.1 Rozdělení energie uvolněné při štěpení U35U. 1 - Glasstone-Edlund, 2 - Murray (doporučené hodnoty), 3 - Meghreblian, 4 - Weinberg-Wigner. Forma uvolněné energie [MeV]1234 Kinetická energie štěpných produktů ±15167±5 Okamžité gama záření6756±1 Kinetická energie štěpných neutronů 6555 Záření při rozpadu štěpných produktů Gama záření 5666±1 Beta záření 5558±2 Neutrino11 12±2 Celková energie uvolněná při štěpení jednoho jádra 235 U ±15204±11

6 RF Označme symboly: E VS, E V1, E V2 - vazební energie připadající na jeden nukleon postupně proa štěpitelný izotop (složené jádro), první a druhý odštěpek, A S, A 1 a A 2 - hmotnostní čísla těchto komponent štěpení. Pak můžeme energii štěpení vyjádřit pomocí následujícího vztahu: kde jsme využili toho, že A s = A 1 + A 2. Pro náš případ je: A S = 236 a E VS = 7,5 MeV, A 1 = 142, A 2 = 94, E V1 = 8,3 MeV, E V2 = 8,6 MeV. Po dosazení obdržíme přibližnou hodnotu energie štěpení jednoho jádra 235 U Skutečně uvolněná energie při štěpení v jaderném reaktoru je statistickým průměrem asi 30 různých druhů štěpení.

7 RF Okamžité a zpožděné neutrony Štěpné produkty jsou nestabilní, protože mají nadbytek neutronů. Do stabilního stavu se mohou dostat vysláním jednoho nebo více neutronů, nebo konverzí neutronů v proton a vysláním záporné beta částice. Téměř 99% z celkového počtu neutronů vznikajících při štěpení uvolňují ve velmi krátkém časovém intervalu, asi s po štěpení se nazývají okamžité neutrony. Jejich energie je v rozmezí od více než 10 MeV až do energie tepelné (0,0253 eV). Energetické spektrum okamžitých neutronů lze popsat tímto empirickým vztahem kde je počet štěpných neutronů v jednotkovém intervalu energie.

8 RF Distribuční funkce je sestavena z experimentálních údajů až do energie 13 MeV s maximální odchylkou 15%. Funkce je normována na jeden neutron, tj. integrál =1, takže konstanta. Pravděpodobnost, že štěpný neutron bude mít energii v intervalu od E do E+dE je pak Střední hodnota energie neutronů štěpení je a jejich průměrná rychlost je 1, m/s.

9 RF Tab. 3.2 Charakteristické vlastnosti zpožděných neutronů IzotopČíslo skupinyPoločas rozpadu T i [s] Rozpadová konstanta i [s -1 ] Relativní výtěžek  i /  Celkový podíl  Průměrná doba zpoždění l z [s] 235 U ,51 21,84 6,00 2,23 0,496 0,179 0,0127 0,0317 0,115 0,311 1,40 3,87 0,038 0,213 0,188 0,407 0,128 0,026 0,00650, U ,38 21,58 5,00 1,93 0,490 0,172 0,0132 0,0321 0,139 0,358 1,41 4,02 0,013 0,137 0,162 0,388 0,225 0,075 0,01570, U ,11 20,74 5,30 2,29 0,546 0,221 0,0126 0,0334 0,131 0,302 1,27 3,13 0,086 0,274 0,227 0,317 0,073 0,023 0,00260, Pu ,75 22,29 5,19 2,09 0,549 0,216 0,0129 0,0311 0,134 0,331 1,26 3,21 0,038 0,280 0,216 0,328 0,103 0,035 0,00210, Th ,03 20,75 5,74 2,16 0,571 0,211 0,0124 0,0334 0,121 0,321 1,21 3,29 0,034 0,150 0,155 0,446 0,172 0,043 0,0220,22

10 RF Obr.3.2Závislost v na energii opadajícího neutronu pro 235 U Počet neutronů uvolněných při štěpení roven nule nebo celému číslu a je tedy statistickou veličinou. Průměrný počet neutronů připadající na jedno štěpení, který se obvykle označuje symbolem v, není celé číslo.

11 RF Na obr.3.2 je znázorněn průběh veličiny v pro 235 U, který byl získán proložením přímky experimentálně stanovenými hodnotami metodou nejmenších čtverců. Veličina v je závislá na terčovém jádru a zvětšuje se zvyšováním energie dopadajícího neutronu. Tato závislost je zřejmá z tab.3.3, kde jsou shrnuty výsledky některých experimentů, které se týkají štěpení 235 U, 238 U a 239 Pu. Hodnoty v označené hvězdičkou znamenají údaje pro danou energii získané z jiného pramene.

12 RF Tab. 3.3 Průměrný počet neutronů na jedno štěpení pro 235 U, 238 U a 239 Pu v závislosti na energii dopadajícího neutronu Izotop 235 U0,02,43 ± 0, U1,502,60 ± 0,09 0,72,48 ± 0,102,302,67 ± 0,08 1,0 2,791 ±  4,03,05 ± 0,10 1,252,604 ± 0,094,253,04 ± 0,40 1,52,605 ± 0,093,752,96 ± 0,10 1,902,99 ± 0,5514,03,43 ± 0,15 2,02,80 ± 0,1514,14,05 ± 0,25 2,502,64 ± 0,1914,24,36 ± 0,35 4,003,05 ± 0,354,46 ± 0,15 * 2,95 ± 0,12 * 4,253,07 ± 0, Pu0,02,89 ± 0,03 4,53,19 ± 0,312,13,12 ± 0,15 4,83,14 ± 0,084,03,36 ± 0,11 5,03,175 ± 0,354,253,59 ± 0,40 14,04,43 ± 0,3214,04,12 ± 0,15 4,05 ± 0,24 * 4,41 ± 0,32 * 14,84,7 ± 0,5014,24,65 ± 0,40 15,04,419 ± 0,1915,04,61 ± 0,20

13 RF Energetickou závislost středního počtu neutronů uvolněných při jednom štěpení pro různé štěpitelné izotopy lze vyjádřit vztahem kde ν tep je střední počet neutronů uvolněných při jednom štěpení vyvolaném tepelnými neutrony. Tab.3.4 Hodnoty veličin ν tep a dn/dE pro štěpitelné materiály Izotopv tep dv/dE [MeV -1 ] 233 U2,5000, U2,430, U2,4090, Pu2,8680, Th2,0470,153


Stáhnout ppt "RF 3.1. Štěpení jader Proces štěpení spočívá v rozdělení jádra, např. 235U, na dva nebo více odštěpků s hmotnostmi i atomovými čísly podstatně menšími."

Podobné prezentace


Reklamy Google