В системе центра инерции С

Замедление нейтронов

Общие закономерности

Реактор на тепловых нейтронах отличается от других типов реакторов тем, что после реакции деления нужно замедлить вторичный нейтрон до тепловых энергий (Е< 1 эВ), где он эффективно поглотится топливом и разделит ядро, организуя, таким образом цепную реакцию. В основе замедления нейтрона лежит его упругое рассеяние на ядрах различных материалов и в первую очередь на ядрах замедлителя.

Быстрые нейтроны постепенно отдают свою энергию (замедляются) в результате упругих и неупругих взаимодействий с ядрами. Замедление приводит в конечном счете к тому, что все нейтроны становятся тепловыми.

Па протяжении большей части процесса замедления кинетическая энергия нейтронов значительно превышает как кинетическую энергию теплового движения атомов замедлителя, так и энергию их связи в молекуле или кристаллической решетке. При этом можно не учитывать ни собственного движения рассеивающих ядер, ни молекулярных и химических связей в замедлителе и считать рассеивающее ядро неподвижным и свободным. Такая модель справедлива при энергиях нейтронов выше ~ 1 эВ. Будем рассматривать простейшую элементарную теорию замедления, в которой предполагается, что во всем энергетическом интервале от 1 эВ до 10 МэВ нейтроны теряют свою энергию только в результате упругого сферически симметричного рассеяния на неподвижных и свободных ядрах.

В системе центра инерции С

Основные соотношения между энергией, которую теряет нейтрон в акте упругого рассеяния, и углом, на который изменяется направление его движения,— углом рассеяния нетрудно получить из законов сохранения энергии и импульса. Это задача классической механики и решается она введением системы координат С, связанной с центром инерции ядра и нейтрона, и последующим переходом в лабораторную систему координат L. Состояния нейтрона и ядра в этих двух системах до и после столкновения показаны на рис. 3.1 а-б.

Рис. 3.1. а Рассеяние нейтрона в лабораторной системе координат (L)

Рис. 3.1.б Рассеяние нейтрона в системе центра инерции (С)

Примем массу покоя нейтрона за единицу, а массу рассеивающего ядра будем считать равной А. По определению в системе С суммарный импульс нейтрона и ядра равен нулю до столкновения и остается равным пулю после столкновения. Обозначив v —скорость нейтрона в системе L до столкновения и Vc — скорость системы С относительно системы L,

Из полученных результатов следует, что в системе центра инерции скорости нейтрона и ядра до и после столкновения соответственно равны между собой и не зависят от угла ψ, который называется углом рассеяния в системе С. В этой системе нейтрон после столкновения летит с равной вероятностью в любом направлении, т. е. имеет место изотропия рассеяния.