Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Мощным реактором взрывного типа является импульсный реактор ЯГУАР, который построен во ВНИИ технической физики в городе Снежинске (Челябинская обл.). В этом реакторе через центр активной зоны вертикально проходит труба, из которой откачан воздух. Уран-содержащая жидкость окружает со всех сторон эту трубу, и в момент импульса реактора излучает во все стороны огромное число нейтронов (~1018). Таким образом, максимальный поток нейтронов достигается в трубе в центре реактора, в объеме около 3 литров. Летящие навстречу друг другу с противоположных стенок активной зоны нейтроны сталкиваются в трубе и разлетаются во всех направлениях. Часть из них может беспрепятственно вылететь по трубе вдоль ее оси и попадает в детектор нейтронов, установленный на конце трубы. При этом очень важно, чтобы детектор нейтронов "не видел" напрямую стенок трубы, соприкасающихся с активной зоной реактора, от которых нейтроны могут непосредственно попасть в детектор. Поэтому надо очень точно выставить активную зону реактора и систему поглощающих кольцевых коллиматоров в трубе. Для примера здесь отметим, что поток нейтронов на детекторе от (n-n)-рассеяния в 1016 раз меньше, чем поток нейтронов от реактора без защиты. Рассеяние нейтронов на остаточном газе подавляется откачкой трубы до вакуума ~10-7 торр. Для того, чтобы избавиться от огромного потока быстрых нейтронов во время вспышки реактора (с длительностью ~10-3 секунды), которые мгновенно попадают в детектор, используется замедление нейтронов в полиэтиленовом блоке, помещенном в активную зону у стенок трубы. Рассеянные друг на друге тепловые нейтроны движутся медленно по трубе и прилетают к детектору через ~5 х 10-3 секунды после вспышки реактора. К этому моменту реактор уже заглушен, и фон от быстрых нейтронов его активной зоны достаточно (в 104 - 105 раз) подавлен. Чтобы выделить из общего счета детектора только те нейтроны, которые рассеялись друг на друге, реактор делает несколько вспышек разной мощности и из общего счета детектора нейтронов выделяется только та часть, которая зависит от квадрата мощности (интенсивности потока) отдельных вспышек реактора. Реакторы подобного типа используются для прямого измерения длины рассеяния нейтрона на нейтроне.

В дисковом реакторе основная деталь - диск с плутониевым вкладышем, вращается с большой частотой, рядом с диском расположены два "куска" оксида плутония - при прохождении между ними вкладыша достигается критическая масса и происходит импульсная ядерная реакция. Полученные нейтроны разводят по нетроноводам для использования в научных целях монохроматических потоков быстрых нейтронов. Идея пульсирующего ядерного реактора в 1955 предложена Д. И. Блохинцевым.

По физической природе ионизирующие излучения разделяются на два типа: электромагнитные  и корпускулярные излучения. Электромагнитные ионизирующие излучения представляют собой электромагнитные волны с определенной частотой и длиной волны, от которых зависит энергия квантов. Электромагнитные ионизирующие излучения могут иметь различное  происхождение. Экспериментально показано, что ионизирующим эффектом обладают все электромагнитные излучения с длиной волны меньше 100 нм. Корпускулярные излучения  являются потоком элементарных частиц или ядер атомов, обладающих высокими скоростями.  Основными физическими характеристиками ионизирующей частицы являются масса покоя, ее электрический заряд и начальная энергия. Рассмотрим подробно электромагнитные и корпускулярные типы излучений.

 Электромагнитные ионизирующие излучения, можно разделить на три типа, различающихся по происхождению: рентгеновское излучение, g - излучение, синхротронное (тормозное) излучение.

Рентгеновское излучение представлено электромагнитными волнами с длиной волны в интервале 10-3 - 10 нм, что соответствует энергии квантов от 1237 кэВ до 0,12 эВ. Длинноволновая часть спектра рентгеновского излучения перекрывается коротким ультрафиолетовым излучением, коротковолновая часть - длинноволновым g-излучением.  Рентгеновское излучение образуется при торможении получаемых в вакууме быстрых электронов. Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка ( рис.1). Основными частями трубки являются электроды, которые располагаются в вакуумной камере. Подогреваемый катод испускает поток электронов, который тормозится на аноде. Анод изготовляется из тугоплавкого металла (вольфрама, молибдена) и имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить рентгеновское излучение под углом к оси прибора. 

Рис. 1. Схематичное изображение рентгеновской трубки.

В результате торможения электронов в электростатическом поле атомных ядер анода возникает тормозное рентгеновское излучение. При торможении электрона только часть ее энергии расходуется на образование кванта рентгеновского излучения.  Остальное количество энергии электрона превращается в тепловую энергию и расходуется на нагревание анода. Соотношение между распределением энергии на нагревание и образование кванта является случайным. Поэтому при торможении на аноде большого количества электронов, появляются кванты с различной энергией, и соответственно,  спектр тормозного рентгеновского излучения носит непрерывный (сплошной) характер. Сплошной рентгеновский спектр не зависит от материала анода, а определяется только энергией бомбардируемых анод электронов. На рис. 2 показана типичная зависимость  энергии квантов от длины волны рентгеновского излучения при разных значениях напряжения между электродами.

В каждом спектре наиболее коротковолновое излучение возникает, когда энергия, приобретенная электроном в электрическом поле, полностью переходит в энергию кванта.

lmin = hc/(eU)

Для практических целей используется более удобная формула

lmin = 12,37 /U

где lmin – длина волны, нм; U – напряжение между электродами, кВ; h – постоянная Планка (4,13 ×10-15 эВ× с-1); с – скорость света в ваккуме ( 3 ×1010 см×с-1); е – масса электрона.

Рис.2.  Тормозные спектры рентгеновского излучения при различных значениях напряжения между электродами


На главную