Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 2 - Huỳnh Trúc Phương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như năng lượng và vận tốc neutron; mối liên hệ giữa góc tán xạ trong hệ CM và Lab; mối liên hệ giữa năng lượng trước và sau tán xạ; phân bố góc và năng lượng sau tán xạ; tán xạ hướng tới trong hệ l (cosin trung bình của góc tán xạ); quãng đường vận chuyển tự do trung bình; độ giảm logarit năng lượng trung bình – lethargy; khả năng và hệ số làm chậm;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý Neutron và lò phản ứng (Phần: Vật lý Neutron): Chương 2 - Huỳnh Trúc Phương

VẬT LÝ NEUTRON VÀ LÒ PHẢN ỨNG PHẦN:VẬT LÝ NEUTRON HUỲNH TRÚC PHƯƠNG Email: htphuong.oarai@gmail.com
CHƢƠNG 2 LÀM CHẬM NEUTRON NỘI DUNG  NĂNG LƯỢNG VÀ VẬN TỐC NEUTRON  MỐI LIÊN HỆ GIỮA GÓC TÁN XẠ TRONG HỆ CM và LAB  MỐI LIÊN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG TRƯỚC VÀ SAU TÁN XẠ  PHÂN BỐ GÓC VÀ NĂNG LƯỢNG SAU TÁN XẠ  TÁN XẠ HƯỚNG TỚI TRONG HỆ L (Cosin trung bình của góc tán xạ)  QUÃNG ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TỰ DO TRUNG BÌNH  ĐỘ GIẢM LOGARIT NĂNG LƯỢNG TRUNG BÌNH - LETHARGY  KHẢ NĂNG VÀ HỆ SỐ LÀM CHẬM  MẬT ĐỘ LÀM CHẬM  XÁC SUẤT THOÁT CỘNG HƯỞNG 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 2
2.1. VẬN TỐC VÀ NĂNG LƯỢNG NEUTRON  Neutron taùn xaï v' L    vL v CM VL  0 CM  neutron CM Nhaân bia  V 'L Nhaân giaät luøi Caù thoâng soá va chaïm trong heä LAB  Neutron taùn xaï v' C   vC VC CM  neutron CM Nhaân bia  V'C Nhaân giaät luøi 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 3 Caù thoâng soá va chaïm trong heä CM
2.1. VẬN TỐC VÀ NĂNG LƯỢNG NEUTRON  Vaän toác khoái taâm:  1  v CM  vL (2.1) 1 A  A   Vaän toác neutron trong heä khoái taâm: vC  vL (2.2) 1 A   1   Vaän toác nhaân bia trong heä khoái taâm: VC   v CM   vL (2.3) 1 A 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 4
2.1. VẬN TỐC VÀ NĂNG LƯỢNG NEUTRON Ta dễ dàng chứng minh được: 1) Đoäng löôïng toaøn phaàn trong CM = 0 1 2 (2.4) 2) Động năng toàn phần trong hệ L trƣớc khi va chạm EL  vL 2 1 A 3) Động năng toàn phần trong hệ CM trƣớc khi va chạm EC  v2 L 2 A 1 4) Tốc độ các hạt trƣớc và sau va chạm trong hệ CM không đổi A EC  EL Vc = V’c và vc = v’c A 1 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS (2.5) 5
2.2. MỐI LIÊN HỆ GIỮA GÓC TÁN XẠ TRONG HỆ CM VÀ LAB y   v CM v' C  v' L   x Ta dễ dàng chứng minh đƣợc: A cos   1 (2.6) sin  cos   tan   A 2  2A cos   1 1/ 2 hay 1 / A  cos  (2.7) A cos  Nếu A >> 1 thì cos    cos  (2.8) A  2 1/ 2
2.2. MỐI LIÊN HỆ GIỮA GÓC TÁN XẠ TRONG HỆ CM VÀ LAB Ví dụ 2.1: Một neutron năng lƣợng 100 keV va chạm với một hạt nhân 9Be đứng yên. Sau va chạm neutron bị tán xạ một góc 450 trong hệ L. Tính, trong hệ CM: 1) Động năng của hạt nhân 9Be 2) Góc tán xạ của neutron 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 7
2.3. MỐI LIÊN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG TRƯỚC VÀ SAU TÁN XẠ Ta dễ dàng tìm được năng lượng của neutron sau tán xạ:  A 2  1  2A cos   E E0 (2.9)  (A  1) 2   A 1  (1  )  (1  ) cos   2 Nếu ta đặt:     E  A  1 thì  2 E0  (2.10) Nhaän xeùt: Khi = 0  khoâng coù va chaïm  E = Emax = E0 Khi  = 1800  naêng löôïng maát maùt cöïc ñaïi vaø E = Emin = E0 Naêng löôïng maát cöïc ñaïi laø : Emax = E0 – E = (1- )E0 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 8
2.4. PHÂN BỐ GÓC VÀ NĂNG LƯỢNG SAU TÁN XẠ - Khi xét đến một số lớn các neutron va chạm với hạt nhân - Đại lƣợng trung bình hoặc phân bố xác suất cần xem xét - Trong hệ CM, tán xạ neutron là đẳng hƣớng (E < 10 MeV) Xác suất neutron tán xạ vào một góc: dS = 2.sind d So hat tan xa giua  va d P(E)dE  (2.11) Tong so hat toi  hay P(E)dE  dS 2 sin d   d(cos ) dE .  1 d(cos ) .dE R=1 S 4.12 2 dE 2 dE (2.12) 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 9
2.4. PHÂN BỐ GÓC VÀ NĂNG LƯỢNG SAU TÁN XẠ (1  )  (1  ) cos  2 E (1  ) nên cos   .  do E E 0 (2.13) 1   E 0 (1  ) (2.14) 2 d(cos ) 1  2 Nhƣ vậy P(E)dE   .dE (2.15) dE (1  )E 0 (1  )E 0 1 Do dE âm và P(E) dƣơng nên P( E )  (2.16) (1  )E 0 tất cả các giá trị năng lượng nhận được sau một va chạm đều có xác suất như nhau. 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 10
2.4. PHÂN BỐ GÓC VÀ NĂNG LƯỢNG SAU TÁN XẠ  Năng lượng trung bình của neutron sau một va chạm E0  EP (E)dE E0 dE 1 E E 0 E0 hay E  E 0 E  E 0 (1  ) E 0 (1  ) 2 (2.17)  P(E)dE E 0  % Năng lượng mất mát trung bình của neutron sau một va chạm E0  E E0  E0  E   E 0 P(E)dE E0  E  E 0  1    1  P(E)dE  1    E 0   E   E0  E  E EP (E)dE    E 0   E 0    P(E)dE 0 0 0 E 0  E  1   hay E  2   (2.18)  0 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 11
2.4. PHÂN BỐ GÓC VÀ NĂNG LƯỢNG SAU TÁN XẠ Ví dụ 2.2: Một neutron có năng lƣợng 50 keV va chạm với hạt nhân C12 đứng yên. Tính: 1) Năng lƣợng nhỏ nhất của neutron sau va chạm 2) Năng lƣợng trung bình của neutron sau va chạm 3) Năng lƣợng mất mát trung bình của neutron trong va chạm 4) Xác suất mà neutron sau va chạm có năng lƣợng: 10 keV; 20 keV, 40 keV và 60 keV 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 12
2.5. TÁN XẠ HƯỚNG TỚI TRONG HỆ L (Cosin trung bình của góc tán xạ) - Trong hệ CM, cosin trung bình của góc tán xạ = 0 - Trong hệ L, neutron có khuynh hƣớng tán xạ hƣớng tới 4  cos d Dễ dàng tìm đƣợc: (2.20) cos     0 4 Thật vậy, (2.19) 1 (1  A cos )  d 1 cos      2 1 (1  A 2  2A cos )1 / 2 d(cos )  2 3A 0 d  2 sin d Chỉ phụ thuộc số khối A Đối với hỗn hợp:  s cos i cos  mix  i (2.21) Với A >> 1 thì cos     0  si  i Tán xạ đẳng hƣớng 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 13
2.5. TÁN XẠ HƯỚNG TỚI TRONG HỆ L (Cosin trung bình của góc tán xạ) Ví dụ 2.3: Tính cosin trung bình của góc tán xạ trong hệ L đối với neutron năng lƣợng 0,0253 eV trong chất làm chậm: 1) Graphit 2) nƣớc thƣờng (H2O) 3) BeO Biết: (H2O) = 1g/cm 3 ; (BeO) = 2,7 g/cm 3 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 14
2.6. QUÃNG ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TỰ DO TRUNG BÌNH Sự ảnh hƣởng của phân bố góc tán xạ lên sự chuyển động của neutron trong môi trƣờng tán xạ có thể thực hiện bằng cách dùng tiết diện vận chuyển 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 15
2.6. QUÃNG ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TỰ DO TRUNG BÌNH Sau một chuỗi va chạm neutron thực hiện đƣợc 1 quãng đƣờng s x0  x1  x2  .......  xn   s   s    s  2  .....   s  n  (2.22) 1  s Quãng đƣờng vận chuyển tự do trung bình:  tr  (2.23) 1  Tiết diện vận chuyển vĩ mô:  tr  s (1  ) (2.24) Nếu có sự hấp thụ trong môi trƣờng (tán xạ bất đẳng hƣớng) thì:  tr  a  s (1  ) (2.25) 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 16
2.6. QUÃNG ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN TỰ DO TRUNG BÌNH Ví dụ 2.4: Tính quãng đƣờng vận chuyển tự do trung bình của neutron nhiệt trong khí hydro (ở điều kiện tiêu chuẩn). Biết sH = 20 barn. Ví dụ 2.5: Tính quãng đƣờng vận chuyển tự do trung bình của neutron nhiệt trong BeO. Biết tiết (BeO) = 2,7 g/cm 3; s(Be) = 7 barn, s(O) = 4,2 barn 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 17
2.7. ĐỘ GIẢM LOGARIT NĂNG LƯỢNG TRUNG BÌNH E/E: không phụ thuộc vào năng lƣợng neutron trƣớc khi va chạm. E/E  (LnE), nên dùng biến là LnE sẽ thuận lợi hơn. • Lethargy, u: E  E dE du    d(LnE) u    d(LnE)  Ln  0   Ln (E 0 )  Ln (E) (2.26) E E0  E  • Độ giảm logarit năng lượng trung bình trên mỗi va chạm E  (A  1) 2 A 1   Ln  0  hay   1 Ln (2.27)  E  2A A 1 2 • Đối với A > 10,  gần bằng  (2.28) A  2/3 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 18
2.7. ĐỘ GIẢM LOGARIT NĂNG LƯỢNG TRUNG BÌNH • Số va chạm cần thiết để neutron có năng lƣợng đầu E0 giảm tới năng ~ lƣợng cuối E t ~ LnE 0  LnE t 1  E 0  n  Ln  ~  (2.29)    Et    • Nếu chất làm chậm là hợp chất thì 1  E  (2.30) 1 s1)   2  s2)  ......   n  sn ) ( ( ( n  Ln  ~ 0  Với  (2.31)   Et     s1)   s2)  ......   sn ) ( ( ( Ví dụ 2.6: Tính số va chạm cần thiết để làm chậm neutron từ năng lƣợng 10 keV đến năng lƣợng 10 eV, trong môi trƣờng: 1) Graphit 2) Nƣớc nặng (D2O) 3) Nƣớc thƣờng (H2O) Biết: sH = 20 b; sD = 3,4 b; sO = 3,8 b 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 19
2.8. KHẢ NĂNG VÀ HỆ SỐ LÀM CHẬM Hiệu quả của chất làm chậm thể hiện qua , s và N0  • Khả năng làm chậm SDP  N 0  s   s  (2.32) s Hỗn hợp SDP  1 s1)   2  s2)  ....   n  sn ) (2.33) ( ( ( Tuy nhiên, nếu chất làm chậm có tiết diện hấp thụ đáng kể thì SDP không còn hiệu quả nữa SDP  • Hệ số làm chậm MR   s (2.34) a a 1 s1)   2  s2)  ......   n  sn ) ( ( ( Hỗn hợp MR  (2.35)  (a1)   (a2)  ......   (an ) 10/5/2017 NEUTRON PHYSICS 20