Se exponen, aspectos sobre las fuentes de neutrones, orientados hacia un conocimiento básico de las mismas, y relacionados con el uso del reactor nuclea RP10 Perú
1. CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LAS
FACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10
FUENTES DE NEUTRONES
Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
Huarangal, 5 de marzo de 2013
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
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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
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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)
dN 1/ 2 E / T
E e
dE
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7. Fuentes Radioisotópicas: (α,n)
• Mezcla: emisor alfa y adecuado blanco. (α,n)
• Máximo rendimiento: blanco = Be
Be4 C 6 n0
4 9 12 1
2
• 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)
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10. Reacciones desde Aceleradores de
Particulas
• Utilizando protones y deuterones
H H He2 n0
2 2 3 1
1 1 Q: -3.26 MeV
H 1 H 1 He2 n0
2 3 4 1
Q: 17.6 MeV
• 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).
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11. Fuentes fotoneutrones
• Emisores gama combinados con blancos =
fuentes de fotoneutrones.
• Uso práctico: Be9 y H2:
Be4 h Be4 n0
9 3 1
Q: -1.666 MeV
H 1 h H 1 n0
2 1 1
Q: -2.226 MeV
• Si gamas mayores que el mínimo el n sale con
energías:
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31. Reacción Nuclear de ¿Qué necesitamos para
mantenerla bajo control?
Fisión en Cadena
neutrón
Fragmento de Fisión
Absorbente
de
CALOR Radiaciones
neutrones
neutrón Ionizantes (Cd, B)
U - 235
neutrón
Fragmento de Fisión
En el reactor nuclear, la reacción en cadena es
Barra de control
manejada a fin de mantener un ritmo de fisión
constanteZuñiga
Dr. A. Fuente Neutrones 31
32. Partes y Tipos
Las diversas combinaciones posibles entre
combustibles, refrigerantes y moderadores
determinan la familia a la que pertenece la
central
Generador de Vapor
Núcleo del Reactor
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37. 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 37
40. Importancia de los
neutrones retardados.
Capacidad de controlarlo.
np: 10E-15 s
nr: 0.2 a 55 s (0.65% U235)
K = 1.001, l = 10E-
4s
t = 1s
22000 veces
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41. Los reactores están diseñado para
que nunca ocurra el PROMPT
CRÍTICO
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 41
42. Espectro Neutrónico
Neutrones
U235 retardados, 1%
n
Neutrones
rápidos, 99%
( E ) 0.484e E senh E E
rápidos
Watt 2 MeV
N(E), MeV
moderación
0.025 eV
0 térmicos
1 2 3 10
E(MeV) REACTORES
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43. Espectro Neutrónico .......continuación
(E) TERMICO EPITERMICO RAPIDO
1/eV
Maxwelliano Resonancia Moderacion Fision
(1/E)
Ae BE senh CE
E kT
E
( kT ) 2
e
106 107
0.1 10
En (eV)
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44. Eliminando contribución epitérmica
tot (m2)
Cd
10-24
10-25 Cadmio absorbe
neutrones térmicos
Au
10-26
1b=10-24cm2 = 10-28m2
Unidad
recomendada por
0.01 0.1 1 10 100 1000 E(ev) el IAEA
Absorción alta Absorción despresiable
zona térmica
0.4 eV
zona epitérmica
CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 44
45. 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.
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46. LETARGIA
• Moderación sin absorción: colisiones de
dispersión.
• Valor de α. A1 2
( A1 )
E´max= E
E´min = α E
• Densidad de colisiones de moderación H:
F (E) S
• Letargia: u ln E
E0 E
La letargia es cero para los neutrones con energía Eo y decae con el S (n/cm3/s)
decrecimiento de la energía. Si decae la energía el neutrón es más
letárgico.
• Cambio en letargia: E
u ln( E´ )P ( E E´)dE´
E
E
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 46
48. 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 48
49. Gracias por su atención
• azuniga@ipen.gob.pe
• agustinz1@hotmail.com
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 49