Language
Country/Area
No result found
Нейтроны в ядерных реакторах: как они способствуют реакциям деления?
Нейтронное излучение — это форма ионизирующего излучения свободных нейтронов в ядерных реакциях. Оно образуется во время ядерного деления и ядерного синтеза и впоследствии реагирует с ядрами других атомов с образованием новых нуклидов и может вызвать большее количество нейтронов. Сами нейтроны не заряжены и поэтому имеют более высокую проникающую способность, чем другие виды излучения при распространении, что делает их применение в ядерной энергетике и смежных областях особенно важным.
Источник нейтронов
Нейтроны могут выделяться в результате ядерного деления, ядерного синтеза, радиоактивного распада и даже взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли. Среди этих источников ядерные реакторы и ускорители частиц являются обычными крупномасштабными источниками нейтронов.
Одним из типичных источников нейтронов являются свободные нейтроны, образующиеся при столкновении гамма-лучей бария и ядер бериллия.
Нейтроны при делении
В ядерных реакторах нейтроны обычно делят на медленные (тепловые) и быстрые нейтроны. Тепловые нейтроны имеют распределение Максвелла-Больцмана, аналогичное распределению энергии газов, и могут легко захватываться атомными ядрами, что является основным способом возникновения цепных реакций деления. Чтобы поддерживать эффективную цепную реакцию деления, нейтроны, образующиеся в результате деления, должны быть захвачены делящимся ядром, которое затем подвергается делению с высвобождением большего количества нейтронов.
Чтобы замедлить быстрые нейтроны до тепловых, в реактор часто вводят замедлители нейтронов, например графит или легкую воду, для повышения эффективности улавливания.
Климатические нейтроны
Климатические нейтроны производятся космическим излучением на поверхности и в атмосфере Земли и обычно имеют более высокую энергию, чем нейтроны в ядерных реакторах. Эти нейтроны могут превращаться в углерод-14 при взаимодействии с азотом-14, и эта особенность широко используется при радиоуглеродном датировании.
Применение нейтронов
Холодное, горячее и тепловое нейтронное излучение широко используется в экспериментах по рассеянию и дифракции, чтобы помочь оценить свойства материалов в таких областях, как физика, кристаллография и биология. Для лечения рака бор-нейтронозахватная терапия также использует преимущества высокопроникающей и повреждающей природы нейтронов, направленной на атаку опухолевых клеток. Кроме того, нейтроны также можно использовать для изображения промышленных компонентов, что имеет большое значение для таких отраслей, как атомная энергетика, аэрокосмическая промышленность и производство высоконадежных взрывчатых веществ.
Механизм ионизации и характеристики нейтронов
Поскольку нейтроны не заряжены, механизм их ионизации отличается от механизма ионизации заряженных частиц. Когда поглощение нейтронов приводит к испусканию гамма-лучей, эти гамма-лучи удаляют электроны из атомов, вызывая непрямую ионизацию. Нейтронное излучение чрезвычайно проникающе и в некоторых случаях может даже превосходить гамма-лучи.
Опасности для здоровья и защита
Основной риск для здоровья, связанный с нейтронным излучением, связан с активацией радиоактивных материалов, которую оно может вызвать, в результате чего многие материалы становятся радиоактивными, включая ткани человека. Нейтроны представляют собой опасный вид излучения из-за своих высокоэнергетических свойств. При внешних источниках радиации меры защиты в основном полагаются на материалы, защищающие от радиации, такие как вода или материалы, богатые водородом, для эффективного блокирования воздействия нейтронного излучения.
Влияние материалов
Нейтроны высокой энергии могут со временем повредить и разложить материалы. Поскольку материал бомбардируется нейтронами, ударные реакции реагируют с атомными ядрами, вызывая образование дислокаций и дефектов. Этот процесс снижает надежность и срок службы материалов, особенно в корпусах ядерных реакторов.
Заключение
Поскольку спрос на использование ядерной энергии растет, исследования нейтронов продолжают искать более эффективные меры защиты и технологии применения. Нам следует задуматься глубже: какую роль и влияние эти невидимые силы играют в нашей повседневной жизни?
