Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 1 - Huỳnh Trúc Phương

Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 1 Tương tác của neutron với vật chất, cung cấp cho người học những kiến thức như tương tác của neutron với hạt nhân; Tiết diện phản ứng với neutron; Tiết diện vĩ mô – sự suy giảm neutron; Quãng đường tự do trung bình; Tốc độ phản ứng và thông lượng neutron; Sự phụ thuộc tiết diện vào năng lượng. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 1 - Huỳnh Trúc PhươngVẬT LÝ NEUTRON VÀ LÒ PHẢN ỨNG PHẦN:VẬT LÝ NEUTRON HUỲNH TRÚC PHƢƠNG Email: htphuong.oarai@gmail.com NỘI DUNGChương 0: Khám phá ra neutron và các tính chất củaneutronChương 1: Tương tác của neutron với vật chấtChương 2: Làm chậm neutronChương 3: Lý thuyết khuếch tán neutronGiáo trình: VẬT LÝ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN, NXB ĐHQG-HCM, 2016Tác giả: HUỲNH TRÚC PHƢƠNG 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 2 CHƢƠNG 0 KHÁM PHÁ RA NEUTRON VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA NEUTRON10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 3 0.1. SÖÏ KHAÙM PHAÙ RA NEUTRON  Naêm 1919, Rutherford duøng haït alpha baén vaøo caùc haït nhaân nheï (C, N, O) thaáy ñeàu phaùt ra haït proton. Khi baén alpha vaøo caùc nguyeân toá nheï hôn thì khoâng thaáy haït proton bay ra.  Naêm 1930, Bothe vaø Becker thaáy raèng khi baén alpha vaøo 2 nguyeân toá Be vaø Li xuaát hieän tia laï raát ít bò haáp thu trong chì.  tia laï naøy laø tia gamma ?  Ñeå kieåm chöùng, ngöôøi ta ño heä soá haáp thuï cuûa tia laï naøy trong chì, thaáy :  = 0,22 cm-1 0.1. SÖÏ KHAÙM PHAÙ RA NEUTRON C Chadwick laøm thí nghieäm:Nhaän thaáy: Tia laï coù khaû naêng ñaâm xuyeân raát lôùn vaø khoânggaây ion hoùa trong buoàng Wilson  ñieän tích raát nhoû hoaëcbaèng khoâng oâng goïi tia naøy laø haït neutron.10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 50.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NEUTRONKhối lượng của neutron: mn = 1,008662u = 1,675.10-27kgĐiện tích của neutron: qn = 0 (= - 0,4.10-21e)Thời gian sống của neutron:  = 886sSpin của neutron: sn = 1/2Mômen từ của neutron: n = - 1,913N ,  N  e / 2mp cTính hấp dẫn của neutron: g = 979,7 cm/s2 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 6 Chương 1 Töông taùc cuûa neutron vôùi vật chất1.1.Tương tác của neutron với hạt nhân1.2.Tiết diện phản ứng với neutron1.3.Tiết diện vĩ mô – sự suy giảm neutron1.4.Quãng đường tự do trung bình1.5.Tốc độ phản ứng và thông lượng neutron1.6.Sự phụ thuộc tiết diện vào năng lượng10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 7 1.1. Tương tác của neutron với hạt nhânCác phản ứng có thể xảy ra với neutron: Tán xạ đàn hồi: hạt nhân không thay đổi hoặc là thành phần đồng vị hoặc là năng lượng nội tại. Kí hiệu (n, n) Tán xạ không đàn hồi: hạt nhân không thay đổi thành phần đồng vị nhưng ở trạng thái kích thích. Kí hiệu (n, n’) gọi chung là tán xạ (đàn hồi hoặc không đàn hồi) Bắt bức xạ (hấp thụ): (n, ) neutron biến mất Phản ứng hạt nhân: (n, p), (n, ) neutron biến mất Phản ứng (n, 2n), (n, 3n) Neutron tới như thế nào? Phản ứng phân hạch (n, f) Khi nào xảy ra phản ứng này? 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 81.2. Tiết diện phản ứng với neutron Bia mỏng, dày t, diện tích A Chùm neutron tới Mật độ nguyên tử N0 (n.tử/cm3) Chùm neutron đơn năng, cường độ I (n.cm -2 s-1) I = n (cm -3).v (cm/s) Thực nghiệm thấy rằng:Các tương tác xảy ra trong bia: Diện tích A- Tỉ lệ với cường độ chùm neutron- Tỉ lệ với mật độ, diện tích, bề dày của bia Bề dày t  Diện tích tăng gấp đôi thì tốc độ tương tác cũng tăng gấp đôi.  Cường độ chùm tăng gấp đôi thì tốc độ tương tác cũng tăng gấp đôi 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 91.2. Tiết diện phản ứng với neutron Tốc độ tương tác : r ~ I.N0. A. tHay Tốc độ tương tác: r =  I.N0. A. t (1.1) Hằng số tỉ lệ, được gọi là tiết diện  =r/(I.N0. A. t) (1.2) N0.A.t = số nguyên tử trong bia Vậy,  là tốc độ tương tác cho mỗi nguyên tử trong bia trên mỗi đơn vị cường độ chùm hạt tới 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 101.2. Tiết diện phản ứng với neutron Xác suất mà một neutron bất kỳ trong chùm tương tác với bia là .I.N 0 .A.t      ( N 0 .A.t ) (1.3) I.A A Xác suất mỗi nhân bia mà 1 neutron trong chùm sẽ tương tác Do A không đổi nên xác suất tương tác được xác định chỉ bởi  Xác suất tương tác là tiết diện phản ứng Đơn vị: barn (b) 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 111.2. Tiết diện phản ứng với neutron- Tiết diện tán xạ đàn hồi: e- Tiết diện tán xạ không đàn hồi: i- Tiết diện bắt bức xạ: - Tiết diện phân hạch: f- …………- Tiết diện toàn phần: t  e  i     f  .... (1.4) - Tiết diện hấp thụ:  a      f   p   .... (1.5) - Tiết diện tán xạ:  s   e  i (1.6) 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 121.2. Tiết diện phản ứng với neutronVí dụ 1.1: Một chùm neutron năng lượng 1 MeV có cường độ 5.108 n.cm-2.s-1va chạm với bia mỏng C12. Diện tích của bia là 0,5 cm2 và dày 0,05 cm.Chùm neutron có tiết diện 0,1 cm2. Tại năng lượng 1 MeV, tiết diện toàn phầncủa C12 là 2,6 barn. Biết khối lượng riêng của C là 1,6 g/cm 3(a) Tính tốc độ tương tác của neutron với bia(b) Tính xác suất mà neutron có va chạm trong biaVí dụ 1.2: Chỉ có 2 phản ứng hấp thụ neutron là bắt bức xạ và phân hạch xảyra khi neutron năng lượng 0,0253 eV tương tác với U235. Tiết diện bắt bức xạvà phân hạch tương ứng là 99 barn và 582 barn. Khi U235 hấp thụ neutron0,0253 eV, tính xác suất xảy ra phản ứng phân hạch. 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS ...