Стартовая >> Архив >> Генерация >> Основы радиационной безопасности атомных электростанций

Закономерности распространения нейтронов - Основы радиационной безопасности атомных электростанций

Оглавление
Основы радиационной безопасности атомных электростанций
Основные дозовые пределы
Облучение персонала
Санитарные правила работы с радиоактивными веществами
Санитарные правила проектирования и эксплуатации АЭС
Требования к дозиметрическому контролю, производственным помещениям, вентиляции и удалению отходов
Типы атомных электростанций
Реактор как источник излучений
Технологический контур АЭС как источник излучения
Другие технологические контуры АЭС как источники излучения
Защита от излучений
Закономерности распространения нейтронов
Защита от нейтронов
Материалы защиты АЭС
Материалы из элементов со средним значением атомной массы А
Подход к расчету и проектированию защиты на АЭС
Защита канальных реакторов
Защита корпусных реакторов
АЭС с реактором в ПНЖБ-корпусе
Защита от y-излучения оборудования и технологических сред
Радиационная обстановка и дозовые затраты персонала на АЭС
Радиационная обстановка
Облучаемость персонала
Пути уменьшения дозовых затрат
АЭС и внешняя среда
Образование и обработка отходов на АЭС
Распространение радиоактивных выбросов АЭС во внешней среде
Радиоактивные выбросы и сбросы действующих АЭС
Радиационная обстановка в районах размещения действующих АЭС
Предотвращение поступления радиоактивных веществ в окружающую среду при авариях на АЭС
Контроль радиационной безопасности АЭС
Технологический радиационный контроль радиационной безопасности
Дозиметрический радиационный контроль
Контроль активности жидких и газоаэрозольных отходов
Радиационный контроль в окружающей АЭС среде
  1. Общие закономерности распространения нейтронов. Качественная картина прохождения нейтронов через вещество существенно зависит от того, является ли полное сечение взаимодействия нейтронов с этими веществом плавной функцией энергии или зависит от энергии сложным образом, а также от того, в какой области энергий превалирует тот или иной процесс взаимодействия нейтронов. Как было отмечено ранее (см. п. 1.3.2.4), вид зависимости 2 (Еп) и области превалирования того или иного процесса взаимодействия характерны для определенных групп материалов. Поэтому общие закономерности прохождения нейтронов через вещество целесообразно рассматривать для отдельных групп материалов.

Легкие материалы. К ним относятся материалы, составленные из элементов, расположенных в начале периодической системы элементов. Большинство из них содержит водород. Основными процессами, приводящими к ослаблению плотности потока нейтронов в этих материалах, являются упругое рассеяние нейтронов и радиационный захват нейтронов в тепловой и надтепловой областях энергий.
Два свойства водорода — относительно большие потери энергии нейтронов в каждом акте взаимодействия и быстрый рост сечения взаимодействия с уменьшением энергии нейтрона — определяют характерные особенности изменения качественного и количественного состава нейтронов при распространении их в водородсодержащем материале. Ведущей группой нейтронов, т. е. группой, определяющей пространственное распределение плотности потока нейтронов любой другой энергетической группы, является группа быстрых нейтронов. Уже на незначительном расстоянии от источника нейтронов в таких материалах устанавливается истинное пространственное равновесие между всеми энергетическими группами нейтронов. Функция распределения плотности потока Фп (г) любой энергетической группы с ростом г уменьшает свой наклон, т. е. с ростом толщины защиты энергетическое распределение нейтронов обогащается быстрыми нейтронами— спектр нейтронов с увеличением толщины защиты становится более жестким.
Вклад быстрых нейтронов в полную мощность дозы нейтронов в таких материалах составляет около 50%.
Присутствие в указанных материалах элементов с нерегулярной зависимостью а (Еп) приводит к тому, что в энергетическом распределении нейтронов наблюдаются всплески и провалы (рис. 5.2).
Если легкие материалы не содержат водорода, то и тогда описанная картина формирования спектра нейтронов и функций ослабления меняется мало.
Материалы, состоящие из элементов со средней атомной массой. Обычно к таким материалам относятся бетоны, породы и минералы, часто используемые в защите.

Р и с, 5.2. Спектры быстрых нейтронов за защитой реактора из серпентинитового бетона

Они содержат кислород, кремний, магний, алюминий и другие элементы, могут содержать и не содержать водород. Полное парциальное сечение кислорода в этих материалах составляет примерно половину полного сечения материала, и это накладывает свой отпечаток на вид функций ослабления и спектра нейтронов.
Если подобные материалы не содержат водород или содержат его в малом количестве, то функция ослабления плотности потока быстрых нейтронов — экспонента (рис. 5.3), но, ввиду того что сброс энергии нейтронов в каждом акте взаимодействия оказывается недостаточно большим, в материале возможно накопление нейтронов промежуточных энергий, и истинное равновесное состояние наступает на достаточно большом расстоянии от источника. В энергетическом распределении нейтронов наблюдаются характерные всплески и провалы, совпадающие по шкале энергий с нерегулярностями в полном сечении взаимодействия нейтронов с кислородом.
В том случае, когда рассматриваемые материалы содержат водород, поведение нейтронов в них мало отличается от поведения в легких водородсодержащих материалах.
Соотношение между вкладами в мощность дозы быстрых нейтронов и нейтронов других энергий зависит от ядерной плотности водорода в материале. Если она достаточно велика, то это соотношение близко к тому, что указано для легких материалов. При малой концентрации или отсутствии водорода основной вклад в мощность дозы вносят нейтроны с Еп <. 2 МэВ, но даже в крайнем случае этот вклад редко превышает 80—85%.

Тяжелые материалы.

Это понятие не связывают с удельной массой — к этой группе относят все материалы, для которых основным процессом взаимодействия для быстрых нейтронов является неупругое рассеяние. Поскольку этот процесс пороговый, а акт упругого рассеяния в подпороговой области энергий сопровождается слишком малой потерей энергии» то в защите из материалов этой группы с ростом ее толщины происходит накопление нейтронов промежуточных энергий. Вследствие этого в защите из тяжелых материалов спектр нейтронов постоянно смягчается и никогда не наступает пространственного равновесия между группами нейтронов разных энергий.
Проследим, как происходит замедление нейтронов в тяжелом материале. Пока энергия нейтронов остается больше энергии порога неупругого рассеяния Еп, нейтрон взаимодействует с материалом посредством неупругих рассеяний и благодаря этому быстро переходит в область, где Еп <Еп*. В этой области энергий основным процессом взаимодействия является упругое рассеяние; из-за малой потери энергии в каждом акте такого рассеяния нейтрон будет «двигаться вниз по шкале энергий» очень медленно и долго не будет попадать в область энергий, где доминирующим процессом станет радиационный захват. Более того, если при своем движении по шкале энергий нейтрон встретит минимум в сечении взаимодействия, то он может в этот минимум «упасть», т. е. долгое время существовать с энергией, соответствующей минимуму, проходя при этом большие расстояния в защите без взаимодействий.
Таким образом, в защите из тяжелого материала плотность потока быстрых нейтронов будет убывать весьма быстро (рис. 5.4), а плотность потока нейтронов с Еп < Еп* — медленно, причем с ростом толщины защиты относительная доля промежуточных нейтронов в суммарной плотности потока будет расти. Набольших толщинах могут формироваться ведущие группы нейтронов с энергиями, равными энергиям минимумов или, вернее, самого глубокого минимума в полном сечении взаимодействия нейтронов с материалом.

Естественно, что относительный вклад нейтронов промежуточных энергий в полную мощность дозы нейтронов растет с увеличением толщины защиты.

Рис. 5.3. Функция ослабления плотности потока быстрых нейтронов в защите реактора из серпентинита (засыпка)


Рис. 5.4. Функции ослабления полной мощности дозы нейтронов (/), мощности дозы промежуточных нейтронов (2), мощности дозы нейтронов с энергией 0,46 эВ— 10 кэВ (5) и мощности дозы быстрых нейтронов (4) в титале (слой титана у активной зоны водо-водяного реактора)



 
« Основные технические характеристики турбогенераторов мощностью 50 МВт и более   Особенности металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф »
электрические сети