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FUENTES DE NEUTRONES
Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
Huarangal, 5 de marzo de 2013
CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LAS
FACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10
Referencia:
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 2
Contenido
1. Tipos de FN:
1. Fuentes radiactivas
2. Generador de neutrones
3. Aceleradores
4. Reactor nuclear
2. Espectro Neutrónico:
1. Neutrones fríos
2. Térmicos
3. Epitérmicos
4. Rápidos
3. Reactor Nuclear de Investigación
1. Espectro en energía
2. Letargia
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 3
1. Tipos de Fuentes de Neutrones
• Fisión espontánea
• Reacciones nucleares
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 4
Fisión espontánea
• Espontánea se observa únicamente para
átomos atómicos en los cuales la masa es
superior a 230 uma, es decir a partir del torio
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 5
Cf-252
• Fuente común: Cf-252;
• T1/2 = 2.65 años (conveniente).
• Mas producido de todos los transuránidos.
• Mecanismo de decaimiento: α (32 veces mas
que la fisión)
• Rendimiento: 0.116 n/s por Bq.
• 2.30 x 10E6 n/s por microgramo de la muestra.
Pequeño encapsulamiento.
• Espectro energía: pico (0.5 a 1.0 MeV)
e
E
T
E
dE
dN /
2
/
1 

Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 6
Fuentes Radioisotópicas: (α,n)
• Mezcla: emisor alfa y adecuado blanco. (α,n)
• Máximo rendimiento: blanco = Be
• Q =+5.71 MeV
• 1n de 10E4 reacciones con el Be.
• Emisores alfa: actínidos. Ra226 y Am241
• Blanco: MBe13
• La interacción no sufre perdidas de energía.
• Los gamas de fondo son bajos.
• Escogimiento: disponibilidad, costo y T1/2
• PU239/Be : fuente mas usada. 16g, para 1 Ci. 10E7 n/s
• Actividad específica: Am 241 (T1/2 = 433años), Pu 238 (T= 87.3 años).
• Am 244 (actividad específica y periodo).
• Espectro Pu/Be (Fig. 1-12)
n
C
Be
1
0
12
6
9
4
4
2




Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 7
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 8
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 9
Reacciones desde Aceleradores de
Particulas
• Utilizando protones y deuterones
• Son muy usadas en «generadores de n».
• Deuterones acelerados : 100 – 300 kV.
• Energía de neutrones: 3 MeV (D-D) y 14 MeV (D-T)
• Producción: 10E9 (D)a 10E11 n/s (T).
n
He
H
H
1
0
3
2
2
1
2
1



n
He
H
H
1
0
4
3
1
2
1 2


Q: -3.26 MeV
Q: 17.6 MeV
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 10
Fuentes fotoneutrones
• Emisores gama combinados con blancos =
fuentes de fotoneutrones.
• Uso práctico: Be9 y H2:
• Si gamas mayores que el mínimo el n sale con
energías:
n
Be
Be h
1
0
3
4
9
4


 
n
H
H h
1
0
1
2
1 1

 
Q: -1.666 MeV
Q: -2.226 MeV
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 11
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 12
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FUENTES DE NEUTRONES EN EL
MUNDO
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 14
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BOCA DE TANQUE DEL REACTOR OPAL
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neutrón
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Fragmento de Fisión
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32
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REACTOR NUCLEAR BAJO PRESIÓN
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
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CONTINUA SOBRE REACTORES DE INVESTIGACIÓN
Reactor Nuclear
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Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 36
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np: 10E-15 s
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Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 38
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que nunca ocurra el PROMPT
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Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 40
Espectro Neutrónico
n
U235
Neutrones
retardados, 1%
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rápidos, 99%
E
senh
e
E E


 484
.
0
)
(
Watt
N(E), MeV
E(MeV)
1 2 3 10
2
0.025 eV
E
MeV
rápidos
térmicos
moderación
REACTORES
TERMICOS
0
41
Espectro Neutrónico .......continuación
TERMICO EPITERMICO RAPIDO
Maxwelliano Resonancia Moderacion Fision
0.1 10 106 107
En (eV)
1/eV
(1/E)
(E)
CE
senh
Ae BE

kT
E
e
kT
E 
2
)
(
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
42
Eliminando contribución epitérmica
0.01 1 10 100 1000
0.1
Absorción alta
zona térmica
Absorción despresiable
zona epitérmica
Cadmio absorbe
neutrones térmicos
Cd
Au
0.4 eV
tot (m2)
10-24
10-25
10-26
E(ev)
1b=10-24cm2 = 10-28m2
Unidad
recomendada por
el IAEA
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES
Neutrones FRIOS Neutrons are at once enigmatic and
fundamental to all matter. Ultra-cold neutrons
are even more elusive, with wavelengths
greater than 500 angstroms and temperatures
of 0.001 degrees Kelvin above absolute zero
(460 degrees below zero Fahrenheit). They
move at velocities slower than 25 feet a second
and can only rise about 10 feet in height against
the pull of gravity.
Physicists need ultra-cold neutrons because
they can be confined in physical or magnetic
bottles where they decay with a characteristic
lifetime of about 15 minutes. After trapping
them, researchers can measure such basic
neutron properties as lifetime and decay
correlations and search for possible new
properties, such as an electric dipole moment.
Such data can lead to accurate measurements
of fundamental constants of nature, advances in
the quest for new particles predicted by unified
field theories, and new insights into how matter
began in the Big Bang.
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 43
LETARGIA
• Moderación sin absorción: colisiones de
dispersión.
• Valor de α.
• Densidad de colisiones de moderación H:
• Letargia:
• Cambio en letargia:
2
1
1
)
( 

 A
A
 E´max= E
E´min = α E
E
S
E
F 
)
(
S (n/cm3/s)
E
E
u 0
ln

La letargia es cero para los neutrones con energía Eo y decae con el
decrecimiento de la energía. Si decae la energía el neutrón es más
letárgico.
´
´)
(
)
ln( ´ dE
E
E
P
u
E
E E
E



 

Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 44
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 45
Preguntas:
1. Cuáles son los tipos de FN?
1. Qué son las fuentes radiactivas?
2. Qué son los generadores de neutrones?
3. Qué son los aceleradores?
4. Qué es un reactor nuclear?
2. Qué es un espectro neutrónico?
1. Qué son los neutrones fríos?
2. Qué son los neutrones térmicos?
3. Qué son los neutrones epitérmicos?
4. Qué son los neutrones rápidos?
3. Qué es un reactor nuclear de investigación?
1. Qué es su espectro de energía?
2. Qué es la letargia?
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 46
Gracias por su atención
• azuniga@ipen.gob.pe
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FUENTE DE NEUTRONES CLASE 5MAR2013

  • 1. FUENTES DE NEUTRONES Dr. Agustin Zúñiga Gamarra Huarangal, 5 de marzo de 2013 CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LAS FACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10
  • 2. Referencia: Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 2
  • 3. Contenido 1. Tipos de FN: 1. Fuentes radiactivas 2. Generador de neutrones 3. Aceleradores 4. Reactor nuclear 2. Espectro Neutrónico: 1. Neutrones fríos 2. Térmicos 3. Epitérmicos 4. Rápidos 3. Reactor Nuclear de Investigación 1. Espectro en energía 2. Letargia Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 3
  • 4. 1. Tipos de Fuentes de Neutrones • Fisión espontánea • Reacciones nucleares Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 4
  • 5. Fisión espontánea • Espontánea se observa únicamente para átomos atómicos en los cuales la masa es superior a 230 uma, es decir a partir del torio Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 5
  • 6. Cf-252 • Fuente común: Cf-252; • T1/2 = 2.65 años (conveniente). • Mas producido de todos los transuránidos. • Mecanismo de decaimiento: α (32 veces mas que la fisión) • Rendimiento: 0.116 n/s por Bq. • 2.30 x 10E6 n/s por microgramo de la muestra. Pequeño encapsulamiento. • Espectro energía: pico (0.5 a 1.0 MeV) e E T E dE dN / 2 / 1   Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 6
  • 7. Fuentes Radioisotópicas: (α,n) • Mezcla: emisor alfa y adecuado blanco. (α,n) • Máximo rendimiento: blanco = Be • Q =+5.71 MeV • 1n de 10E4 reacciones con el Be. • Emisores alfa: actínidos. Ra226 y Am241 • Blanco: MBe13 • La interacción no sufre perdidas de energía. • Los gamas de fondo son bajos. • Escogimiento: disponibilidad, costo y T1/2 • PU239/Be : fuente mas usada. 16g, para 1 Ci. 10E7 n/s • Actividad específica: Am 241 (T1/2 = 433años), Pu 238 (T= 87.3 años). • Am 244 (actividad específica y periodo). • Espectro Pu/Be (Fig. 1-12) n C Be 1 0 12 6 9 4 4 2     Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 7
  • 8. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 8
  • 9. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 9
  • 10. Reacciones desde Aceleradores de Particulas • Utilizando protones y deuterones • Son muy usadas en «generadores de n». • Deuterones acelerados : 100 – 300 kV. • Energía de neutrones: 3 MeV (D-D) y 14 MeV (D-T) • Producción: 10E9 (D)a 10E11 n/s (T). n He H H 1 0 3 2 2 1 2 1    n He H H 1 0 4 3 1 2 1 2   Q: -3.26 MeV Q: 17.6 MeV Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 10
  • 11. Fuentes fotoneutrones • Emisores gama combinados con blancos = fuentes de fotoneutrones. • Uso práctico: Be9 y H2: • Si gamas mayores que el mínimo el n sale con energías: n Be Be h 1 0 3 4 9 4     n H H h 1 0 1 2 1 1    Q: -1.666 MeV Q: -2.226 MeV Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 11
  • 12. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 12
  • 13. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 13
  • 14. FUENTES DE NEUTRONES EN EL MUNDO Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 14
  • 15. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 15
  • 16. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 16
  • 17. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 17
  • 18. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 18
  • 19. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 19
  • 20. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 20
  • 21. Fuentes radiactivas Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 21
  • 22. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 22
  • 23. CATEGORÍAS DE LAS FUENTES RADIACTIVAS Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 23
  • 24. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 24
  • 25. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 25
  • 26. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 26
  • 27. IDENTIFICACION DE FUENTES Y DISPOSITIVOS RADIACTIVOS Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 27
  • 28. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 28
  • 29. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 29
  • 30. REACTORES DE INVESTIGACIÓN BOCA DE TANQUE DEL REACTOR OPAL Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 30
  • 31. 31 Reacción Nuclear de Fisión en Cadena neutrón neutrón Radiaciones Ionizantes neutrón U - 235 Fragmento de Fisión Fragmento de Fisión CALOR    ¿Qué necesitamos para mantenerla bajo control? Barra de control Absorbente de neutrones (Cd, B) En el reactor nuclear, la reacción en cadena es manejada a fin de mantener un ritmo de fisión constante Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
  • 32. 32 Partes y Tipos Núcleo del Reactor Generador de Vapor Las diversas combinaciones posibles entre combustibles, refrigerantes y moderadores determinan la familia a la que pertenece la central Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
  • 33. 33 REACTOR NUCLEAR BAJO PRESIÓN Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
  • 34. INVAP – RA6 - BARILOCHE Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 34 CONTINUA SOBRE REACTORES DE INVESTIGACIÓN
  • 35. Reactor Nuclear • 2 a 3 neutrones por cada fisión La población neutrónica presente será un balance entre Producción y Destrucción Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 35
  • 36. Punto central: Factor de Multiplicación Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 36
  • 37. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 37
  • 38. K = 1.001, l = 10E- 4 s t = 1s 22000 veces Importancia de los neutrones retardados. Capacidad de controlarlo. np: 10E-15 s nr: 0.2 a 55 s (0.65% U235) Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 38
  • 39. Los reactores están diseñado para que nunca ocurra el PROMPT CRÍTICO Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 39
  • 40. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 40 Espectro Neutrónico n U235 Neutrones retardados, 1% Neutrones rápidos, 99% E senh e E E    484 . 0 ) ( Watt N(E), MeV E(MeV) 1 2 3 10 2 0.025 eV E MeV rápidos térmicos moderación REACTORES TERMICOS 0
  • 41. 41 Espectro Neutrónico .......continuación TERMICO EPITERMICO RAPIDO Maxwelliano Resonancia Moderacion Fision 0.1 10 106 107 En (eV) 1/eV (1/E) (E) CE senh Ae BE  kT E e kT E  2 ) ( Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones
  • 42. 42 Eliminando contribución epitérmica 0.01 1 10 100 1000 0.1 Absorción alta zona térmica Absorción despresiable zona epitérmica Cadmio absorbe neutrones térmicos Cd Au 0.4 eV tot (m2) 10-24 10-25 10-26 E(ev) 1b=10-24cm2 = 10-28m2 Unidad recomendada por el IAEA Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES
  • 43. Neutrones FRIOS Neutrons are at once enigmatic and fundamental to all matter. Ultra-cold neutrons are even more elusive, with wavelengths greater than 500 angstroms and temperatures of 0.001 degrees Kelvin above absolute zero (460 degrees below zero Fahrenheit). They move at velocities slower than 25 feet a second and can only rise about 10 feet in height against the pull of gravity. Physicists need ultra-cold neutrons because they can be confined in physical or magnetic bottles where they decay with a characteristic lifetime of about 15 minutes. After trapping them, researchers can measure such basic neutron properties as lifetime and decay correlations and search for possible new properties, such as an electric dipole moment. Such data can lead to accurate measurements of fundamental constants of nature, advances in the quest for new particles predicted by unified field theories, and new insights into how matter began in the Big Bang. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 43
  • 44. LETARGIA • Moderación sin absorción: colisiones de dispersión. • Valor de α. • Densidad de colisiones de moderación H: • Letargia: • Cambio en letargia: 2 1 1 ) (    A A  E´max= E E´min = α E E S E F  ) ( S (n/cm3/s) E E u 0 ln  La letargia es cero para los neutrones con energía Eo y decae con el decrecimiento de la energía. Si decae la energía el neutrón es más letárgico. ´ ´) ( ) ln( ´ dE E E P u E E E E       Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 44
  • 45. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 45
  • 46. Preguntas: 1. Cuáles son los tipos de FN? 1. Qué son las fuentes radiactivas? 2. Qué son los generadores de neutrones? 3. Qué son los aceleradores? 4. Qué es un reactor nuclear? 2. Qué es un espectro neutrónico? 1. Qué son los neutrones fríos? 2. Qué son los neutrones térmicos? 3. Qué son los neutrones epitérmicos? 4. Qué son los neutrones rápidos? 3. Qué es un reactor nuclear de investigación? 1. Qué es su espectro de energía? 2. Qué es la letargia? Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 46
  • 47. Gracias por su atención • azuniga@ipen.gob.pe • agustinz1@hotmail.com Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 47

Notes de l'éditeur

  1. Esta plantilla se puede usar como archivo de inicio para presentar materiales educativos en un entorno de grupo.SeccionesPara agregar secciones, haga clic con el botón secundario del mouse en una diapositiva. Las secciones pueden ayudarle a organizar las diapositivas o a facilitar la colaboración entre varios autores.NotasUse la sección Notas para las notas de entrega o para proporcionar detalles adicionales al público. Vea las notas en la vista Presentación durante la presentación. Tenga en cuenta el tamaño de la fuente (es importante para la accesibilidad, visibilidad, grabación en vídeo y producción en línea)Colores coordinados Preste especial atención a los gráficos, diagramas y cuadros de texto.Tenga en cuenta que los asistentes imprimirán en blanco y negro o escala de grises. Ejecute una prueba de impresión para asegurarse de que los colores son los correctos cuando se imprime en blanco y negro puros y escala de grises.Gráficos y tablasEn breve: si es posible, use colores y estilos uniformes y que no distraigan.Etiquete todos los gráficos y tablas.