Нейтроны высокой энергии, проходя через защиту, создают в ней быстрые нейтроны, которые замедляются при неупругих и упругих столкновениях с ядрами вещества защиты. На рис. 4.5 приведены некоторые экспериментальные результаты по распределению потоков нейтронов различных энергетических групп в железо-водных смесях. Концентрация воды изменялась в пределах от 0,93 до 4,2% общего веса железо-водной композиции. О потоках нейтронов судили по наведенной в пороговых детекторах радиоактивности. Характеристика детекторов дана в табл. 4.5.
Из рис. 4.5 видно, что поток быстрых нейтронов (2<Е< 20 Мэв) составляет около 0,9 потока сверхбыстрых нейтронов (Е>20 Мэв) и ослабляется с той же длиной релаксации, которая характеризует ослабление потока сверхбыстрых нейтронов.
Краткая характеристика детекторов, которые использовались в опытах с железо-водной смесью
Таблица 4.5
Оценки показывают, что между потоками быстрых и сверхбыстрых нейтронов существует следующее соотношение
где п — среднее число быстрых нейтронов, испускаемых сильно возбужденными ядрами (см. табл. 2.12).
Приближенно можно считать, что для большинства защитных материалов
(4.12)
Изменение концентрации воды в железо-водных смесях практически не влияет на накопление быстрых нейтронов.
Совершенно иная картина наблюдается в отношении накопления нейтронов промежуточной энергии от 2 Мэв до 0,025 эв. В железе концентрация воды равна нулю и потоки промежуточных и сверхбыстрых нейтронов ослабляются не с одинаковой длиной релаксации, причем λ (промежуточных) больше К (сверхбыстрых). На основании оценочных расчетов можно предположить, что равновесие между этими потоками наступит при толщине железа 2—2,5 м. Небольшая добавка воды к железу (1% по весу) резко меняет поведение в защите потока промежуточных нейтронов (см. рис. 4.5).
Рассчитать накопление промежуточных нейтронов можно с помощью «возрастной методики», сущность которой изложена в разд. 3.2.
Рис. 4.5. Ослабление излучений в железо-водной смеси (Ер = 350 Мэе):
●— сверхбыстрые нейтроны, Е > 20 Мэе; + — быстрые нейтроны, 2 < Е < 20 Мэе; ■ — резонансные нейтроны в чистом железе, (Е — 1,44 ее); □ — то же, при содержании водорода 0,1 вес.%; V —то же, при содержании водорода 0,47 вес.%; О — мощность дозы гамма -излучения, мкр/сек при содержании водорода 0,1 вес.%.
Для источника замедляющихся нейтронов, интенсивность которого экспоненциально уменьшается с увеличением толщины защиты, получено приближенное аналитическое выражение, описывающее распределение в защите потока замедляющихся нейтронов:
(4.13)
При толщинах х, много больших √τ (толщина защитного экрана), получается асимптотическое выражение для фактора накопления промежуточных нейтронов:
(4.14)
где Ф0 — падающий на защитный экран поток сверхбыстрых нейтронов; Σίη — сечение неупругого взаимодействия сверхбыстрых нейтронов с ядрами; h (и) — интеграл захвата замедляющихся нейтронов;
Мэв.
Интегральный фактор накопления потока промежуточных нейтронов вычисляется из выражения
(4.15)
где ит соответствует тепловой энергии нейтронов.
Таблица 4.6
Факторы накопления промежуточных нейтронов
* При n= 3, Е0 = 0,85 Мэв.
Рассчитанные значения возраста нейтронов в железо-водных смесях,
106 кг/м
Е0, Мэв | Содержание водорода, вес.% | |||||
0 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,8 | |
1,5 | 9 | 1,95 | 1,09 | 0,567 | 0,262 | 0,109 |
0,86 | 7,4 | 1,50 | 0,86 | 0,44 | 0,210 | 0,086 |
Интегральный дозовый фактор накопления промежуточных нейтронов описывается формулой
(4.16)
где ϱсб — доза на 1 сверхбыстрый нейтрон; ρ (и) — доза на 1 промежуточный нейтрон соответствующей энергии. В табл. 4.6 и 4.7 приведены экспериментальные и расчетные результаты, характеризующие накопление в защите промежуточных нейтронов. Сравнение данных табл. 4.6 показывает, что использование возрастной методики для расчетов накопления промежуточных нейтронов при прохождении через защиту нейтронов высокой энергии вполне оправданно.
Приближенно можно считать, что потоки замедляющихся нейтронов на толщине х полубесконечной защиты и после защитного барьера толщиной х находятся в отношении 1 : 0,5.
