Творческий проект. Отчет по творческому проекту тема Проверка активации защитных материалов в нейтронном поле

• Название: Отчет по творческому проекту тема Проверка активации защитных материалов в нейтронном поле
• Дата: 10.08.2022
• Размер: 96.37 Kb.
• Имя файла: Творческий проект.docx
• Тип: Отчет; #643507

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Школа	Инженерная школа ядерных технологий
Обеспечивающее подразделение	Отделение ядерно–топливного цикла
Направление подготовки / специальность	14.03.02 Ядерные физика и технологии
Образовательная программа (направленность (профиль))	14.03.02 Ядерные физика и технологии

ОТЧЕТ

ПО ТВОРЧЕСКОМУ ПРОЕКТУ

Тема	Проверка активации защитных материалов в нейтронном поле

Выполнил обучающийся	Цыренов А.Л. Мирчун А.А.
Группа	0А12

Цыренов А.Л. _____________________

^{(подпись обучающегося)}

Мирчун А.А. _____________________

^{(подпись обучающегося)}
Дата сдачи работы «» _____ 2022 г.
Проверил руководитель Ассистент ОЯТЦ ИЯТШ _Балачков М.М._

(Степень, звание, должность) (Ф.И.О.)
Дата проверки « » июнь 2022г.
Баллы (из 40) ___________
Допустить/не допустить к защите,

Подпись ___________
Отчет принял Ассистент ОЯТЦ ИЯТШ __ Балачков М.М._

(Степень, звание, должность) (Ф.И.О.)
Дата защиты « » « » июнь 2022г.
Баллы (из 60) ___________

Подпись ___________

Итоговое решение: зачет/незачет, итоговые баллы (из 100) _________________

Томск 2022

Содержание

1.1Активация материалов в поле нейтронов 4

1.2Нейтронное излучение 5

1.3Нейтронное поле 6

Введение

Значительный вклад в общемировой объём энергетики вносит атомная энергия. Развитие атомной энергетики помогает человечеству решить вопрос обеспечения населения дешёвой и экологичной электроэнергией. Побочным продуктом работы атомных станций являются радиоактивные отходы (РАО). Увеличение объёмов атомной энергетики приводит к увеличению объёмов РАО, которые получаются при переработке отработанного ядерного топлива. Кроме того, в мире наблюдается тенденция по ужесточению законодательства в области обращения с ядерными материалами и с РАО в частности. По этим причинам разработки в области защитных материалов являются важным для развития атомной энергетики.

Цель работы: проверка активации защитных материалов в нейтронном поле.

Задача: проверка защитных свойств материалов, после нахождения в нейтронном поле.

1. Теоретическая часть

1. Активация материалов в поле нейтронов

Активацией называется процесс получения радиоактивного вещества в результате ядерных реакций при облучении стабильных ядер нейтронами, гамма– квантами, протонами или другими частицами.

В конструкционных материалах и в самой защите под действием интенсивных потоков нейтронов может возникать высокая наведенная активность. Наведенная активность является одним из основных источников излучений остановленной ядерно–технической установки и определяет значительные дозовые нагрузки при выполнении работ по снятию установки с эксплуатации и при выполнении ремонтных работ (например, на больших ускорителях). В результате отдельные узлы реактора, арматура, материалы, извлекаемые из реактора, должны быть обеспечены надежной защитой.

С учетом непрерывного спектра нейтронов для расчета наведенной активности удобно ввести понятие активационного интеграла q, характеризующего скорость протекания реакции. Отнесенный к одному ядру изотопа мишени активационный интеграл

(1)

где – сечение активации для нейтронов с энергией Т.

– дифференциальная по энергии плотность потока нейтронов.

Без учета процессов выгорания материнских изотопов и изотопов, появившихся в результате ядерной реакции, которыми в большинстве практических задач можно пренебречь, наведенная объемная активность

(2)

где (1/см³) – концентрация ядер материнского нуклида.

– постоянная распада радионуклида продукта реакции.

– время облучения.

– время, прошедшее после окончания облучения..

Если выразить в см², в 1/(см² c МэВ), то размерность получим в Бк/см³.

(3)

где – макроскопическое сечение соответствующей ядерной реакции (сечение активации).

Для расчета удельной активности с размерностью Бк/г используем выражение

(4)
где (1/г) – количество ядер материнского нуклида в 1 г вещества.

Если необходима полная активность , то выражение (4) необходимо умножить на величину , где – масса облучаемого вещества, – содержание (доля) материнского изотопа в веществе.

2. Нейтронное излучение

Нейтронное излучение – это форма ионизирующего излучения, представляющая собой свободные нейтроны. Типичными явлениями являются ядерное деление или ядерный синтез, вызывающие высвобождение свободных нейтронов, которые затем вступают в реакцию с ядрами других атомов с образованием новых изотопов, что, в свою очередь, может вызвать дальнейшее нейтронное излучение. Свободные нейтроны нестабильны, распадаются на протон, ан электрон и электронное антинейтрино со средним временем жизни 887 секунд.

Нейтроны в ядерных реакторах обычно классифицируются как медленные (тепловые) нейтроны или быстрые нейтроны в зависимости от их энергии. Тепловые нейтроны подобны по распределению энергии (распределение Максвелла–Больцмана) газу в термодинамическом равновесии; но легко захватываются атомными ядрами и являются основным средством, с помощью которого элементы подвергаются ядерной трансмутации.

В физике здоровья нейтронное излучение является типом радиационной опасности. Нейтроны легко проходят через большинство материалов, и, следовательно, поглощенная доза от данного количества излучения невелика, но взаимодействует достаточно, чтобы вызвать биологический ущерб.

Быстрые нейтроны плохо поглощаются любыми ядрами, поэтому для защиты от нейтронного излучения применяют комбинацию замедлитель – поглотитель. Наилучшие замедлители – водородсодержащие материалы. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Также в качестве замедлителей применяют бериллий и графит. Замедленные нейтроны хорошо поглощаются ядрами бора, кадмия.

3. Нейтронное поле

Нейтронное поле – это совокупность свободных нейтронов, движущихся и определённым образом распределённых в объёме материальной среды (активной зоны).

Нейтронное поле описывает:

– сколько нейтронов в рассматриваемый момент времени находятся в единичном объёме среды?

– каковы эти нейтроны?

– каков характер движения этих нейтронов – хаотический, направленный или сложный?

Характеристики нейтронного поля:

– плотность нейтронов – n;

– скорость нейтронов – v (или их кинетическая энергия);

– плотность потока нейтронов – Ф;

– плотность тока нейтронов – I.

2. Практическая часть

Рисунок 1 Зафиксировано частиц за 30 секунд (фон)



Рисунок 2 Зафиксировано частиц для WB (Борид Вольфрама)



где N – число частиц зафиксировано детектором

t – время нахождения в нейтронном поле

Экспериментальное определение защитных характеристик материала от нейтронов показало, что позволяет утверждать об эффективности использования борида вольфрама в технике радиационной защиты. Ведь вольфрам, как тяжёлый элемент, имеет высокие показатели останавливающей способности для альфа, бета и гамма–излучения. Бор является сильным поглотителем нейтронов, который используется в ядерной энергетике более полувека.

Заключение

В результате проведённой работы было экспериментально определенно, что борид вольфрама слабо подвержен активации:

Построены графики, где видно, что после 40 минут облучения борида вольфрама нейтронами, достигла фонового значения. Что подтверждает безопасность и эффективность защитных свойств.

Для создания эффективной защиты от нейтронного излучения рекомендуется использовать соединения бора с вольфрамом.

Список литературы

1. Нейтронное излучение [Электронный ресурс]: Википедия. Свободная энциклопедия. – Режим доступа: URL https://ru.abcdef.wiki/wiki/Neutron_radiation (дата обращения: 4.06.2022)

2. Бородай, А.Ю. Использование борида вольфрама для увеличения эффективности контейнеров для транспортировки РАО /. А.А. Гришин, С.С. Гуралёв – Текст: электронный https://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/31682/1/conference_tpu–2016–C08_p50–51.pdf (дата обращения: 5.06.2022)