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FUENTES DE NEUTRONES
Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
Huarangal, 5 de marzo de 2013
CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LAS FACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10
Referencia:
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 2
Contenido
1. Tipos de FN: 1. Fuentes radiactivas 2. Generador de neutrones 3. Aceleradores 4. Reactor nuclear
2. Espectro Neutrónico: 1. Neutrones fríos 2. Térmicos 3. Epitérmicos 4. Rápidos
3. Reactor Nuclear de Investigación 1. Espectro en energía 2. Letargia
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1. Tipos de Fuentes de Neutrones
• Fisión espontánea
• Reacciones nucleares
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Fisión espontánea
• Espontánea se observa únicamente para átomos atómicos en los cuales la masa es superior a 230 uma, es decir a partir del torio
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Cf-252
• Fuente común: Cf-252; • T1/2 = 2.65 años (conveniente). • Mas producido de todos los transuránidos. • Mecanismo de decaimiento: α (32 veces mas
que la fisión) • Rendimiento: 0.116 n/s por Bq. • 2.30 x 10E6 n/s por microgramo de la muestra.
Pequeño encapsulamiento. • Espectro energía: pico (0.5 a 1.0 MeV)
eETE
dE
dN /2/1
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Fuentes Radioisotópicas: (α,n)
• Mezcla: emisor alfa y adecuado blanco. (α,n) • Máximo rendimiento: blanco = Be
• Q =+5.71 MeV • 1n de 10E4 reacciones con el Be. • Emisores alfa: actínidos. Ra226 y Am241 • Blanco: MBe13 • La interacción no sufre perdidas de energía. • Los gamas de fondo son bajos. • Escogimiento: disponibilidad, costo y T1/2 • PU239/Be : fuente mas usada. 16g, para 1 Ci. 10E7 n/s • Actividad específica: Am 241 (T1/2 = 433años), Pu 238 (T= 87.3 años). • Am 244 (actividad específica y periodo). • Espectro Pu/Be (Fig. 1-12)
nCBe1
0
12
6
9
4
4
2
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Reacciones desde Aceleradores de Particulas • Utilizando protones y deuterones
• Son muy usadas en «generadores de n».
• Deuterones acelerados : 100 – 300 kV.
• Energía de neutrones: 3 MeV (D-D) y 14 MeV (D-T)
• Producción: 10E9 (D)a 10E11 n/s (T).
nHeHH1
0
3
2
2
1
2
1
nHeHH1
0
43
1
2
1 2
Q: -3.26 MeV
Q: 17.6 MeV
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Fuentes fotoneutrones
• Emisores gama combinados con blancos = fuentes de fotoneutrones.
• Uso práctico: Be9 y H2:
• Si gamas mayores que el mínimo el n sale con energías:
nBeBe h1
0
3
4
9
4
nHH h1
0
12
1 1
Q: -1.666 MeV
Q: -2.226 MeV
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FUENTES DE NEUTRONES EN EL MUNDO
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CATEGORÍAS DE LAS FUENTES RADIACTIVAS
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IDENTIFICACION DE FUENTES Y DISPOSITIVOS RADIACTIVOS Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 27
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REACTORES DE INVESTIGACIÓN BOCA DE TANQUE DEL REACTOR OPAL
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Reacción Nuclear de Fisión en Cadena
neutrón
neutrón
Radiaciones Ionizantes neutrón
U - 235
Fragmento de Fisión
Fragmento de Fisión
CALOR
¿Qué necesitamos para mantenerla bajo control?
Barra de control
Absorbente
de
neutrones
(Cd, B)
En el reactor nuclear, la reacción en cadena es manejada a fin de mantener un ritmo de fisión constante
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Partes y Tipos
Núcleo del Reactor Generador de Vapor
Las diversas combinaciones posibles entre combustibles, refrigerantes y moderadores determinan la familia a la que pertenece la
central
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REACTOR NUCLEAR BAJO PRESIÓN
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INVAP – RA6 - BARILOCHE
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CONTINUA SOBRE REACTORES DE INVESTIGACIÓN
3. Reactores de Investigación
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Reactor Nuclear
• 2 a 3 neutrones por cada fisión
La población neutrónica presente será un balance entre Producción y Destrucción
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Punto central: Factor de Multiplicación
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K = 1.001, l = 10E-4 s t = 1s 22000 veces
Importancia de los neutrones retardados. Capacidad de controlarlo. np: 10E-15 s nr: 0.2 a 55 s (0.65% U235)
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Los reactores están diseñado para que nunca ocurra el PROMPT CRÍTICO
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Espectro Neutrónico
n
U235
Neutrones
retardados, 1%
Neutrones
rápidos, 99%
EsenheE E 484.0)(
Watt
N(E), MeV
E(MeV)
1 2 3 10
2
0.025 eV
E
MeV rápidos
térmicos
moderación
REACTORES
TERMICOS
0
43
Espectro Neutrónico .......continuación
TERMICO EPITERMICO RAPIDO
Maxwelliano Resonancia Moderacion Fision
0.1 10 106 107
En (eV)
1/eV
(1/E)
(E)
CEsenhAe BE
kTE
ekT
E
2)(
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Eliminando contribución epitérmica
0.01 1 10 100 1000 0.1
Absorción alta
zona térmica Absorción despresiable
zona epitérmica
Cadmio absorbe
neutrones térmicos
Cd
Au
0.4 eV
tot (m2)
10-24
10-25
10-26
E(ev)
1b=10-24cm2 = 10-28m2
Unidad
recomendada por
el IAEA
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES
Neutrones FRIOS
Neutrons are at once enigmatic and fundamental to all matter. Ultra-cold neutrons are even more elusive, with wavelengths greater than 500 angstroms and temperatures of 0.001 degrees Kelvin above absolute zero (460 degrees below zero Fahrenheit). They move at velocities slower than 25 feet a second and can only rise about 10 feet in height against the pull of gravity. Physicists need ultra-cold neutrons because they can be confined in physical or magnetic bottles where they decay with a characteristic lifetime of about 15 minutes. After trapping them, researchers can measure such basic neutron properties as lifetime and decay correlations and search for possible new properties, such as an electric dipole moment. Such data can lead to accurate measurements of fundamental constants of nature, advances in the quest for new particles predicted by unified field theories, and new insights into how matter began in the Big Bang.
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LETARGIA
• Moderación sin absorción: colisiones de dispersión.
• Valor de α.
• Densidad de colisiones de moderación H:
• Letargia:
• Cambio en letargia:
2
11)(
AA E´max= E
E´min = α E
ESEF )(
S (n/cm3/s) E
Eu 0ln
La letargia es cero para los neutrones con energía Eo y decae con el decrecimiento de la energía. Si decae la energía el neutrón es más letárgico.
´´)()ln(´
dEEEPuE
EEE
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Preguntas:
1. Cuáles son los tipos de FN? 1. Qué son las fuentes radiactivas? 2. Qué son los generadores de neutrones? 3. Qué son los aceleradores? 4. Qué es un reactor nuclear?
2. Qué es un espectro neutrónico? 1. Qué son los neutrones fríos? 2. Qué son los neutrones térmicos? 3. Qué son los neutrones epitérmicos? 4. Qué son los neutrones rápidos?
3. Qué es un reactor nuclear de investigación? 1. Qué es su espectro de energía? 2. Qué es la letargia?
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Gracias por su atención
• azuniga@ipen.gob.pe
• agustinz1@hotmail.com
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