Tema 2 BLOQUE I 1- Interacción de los neutrones con la materia. Fisión nuclear.

2- Conceptos básicos de neutrónica. 3- Factor de multiplicación: fórmula de los seis factores. 4- Moderación y difusión de neutrones. 5- Tipos de reactores.

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Fisión.  Introducción. Propiedades y clasificación de los neutrones  Propiedades del neutrón  Clasificación energética de los neutrones  Generación de neutrones  Mecanismos de generación de neutrones  Interacción de neutrones con la materia  Colisiones elásticas e inelásticas  Procesos de absorción neutrónica  Secciones eficaces de las reacciones nucleares  Sección eficaz macroscópica y microscópica  Dependencia de la sección eficaz microscópica respecto de la energía de los neutrones  Fisión  Productos de fisión. Rendimiento de fisión  Neutrones instantáneos y diferidos  Fotones.  Calor residual  Factor de reproducción

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. • Propiedades y clasificación de los neutrones  Propiedades del neutrón • Masa, energía, propiedades magnéticas. • Estabilidad.

 Clasificación energética de los neutrones.

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. • Generación de neutrones: Mecanismos (I) Bombardeo con partículas alfa: A(a,n)B.

Ejemplos:

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. •Generación de neutrones: Mecanismos (II) Bombardeo con fotones de alta energía : A(g,n)B .

Ejemplos:

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. •Generación de neutrones: Mecanismos (III) Fisión espontánea.

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. •Generación de neutrones: Mecanismos (IV) • Reacciones de fisión: A(n,2n)B,C

- Energía liberada. - Productos de fisión - Número de neutrones generados.

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Procesos de interacción de los neutrones con la materia Dispersión/colisión, absorción/captura y fisión Colisiones: • Colisiones elásticas. Transfiere energía cinética.

• Colisiones inelásticas. Transfiere energía cinética y núcleo en estado excitado. Emisión g.

• Comportamiento de los materiales nucleares. Neutrones térmicos. Moderación. At. ligeros  colisiones elásticas. At. Pesados  colisiones inelásticas.

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Capturas (I): • Captura no radiactiva: Resulta núcleo estable en estado fundamental.

• Captura radiactiva: Resulta núcleo estable en estado excitado.

• Captura de activación: Resulta núcleo inestable, dando lugar a:

– Captura con desintegración b (I):

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Capturas (II): • Captura de activación: Resulta núcleo inestable, dando lugar a: – Captura con desintegración b (II):

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Capturas (III): • Captura de activación: Resulta núcleo inestable, dando lugar a: – Captura con desintegración a:

Tema I. Interacción de los neutrones con la materia. Capturas (IV): • Captura de activación: Resulta núcleo inestable, dando lugar a: – Captura con emisión de protones:

Fisión

SECCIONES EFICACES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (I)  La probabilidad de que ocurra una reacción nuclear es función de: • Tipo de núcleo blanco y densidad (núcleos/cm3). • Tipo de partícula incidente. • Energía de la partícula incidente. • Tipo de reacción nuclear considerada.

 Expresión cualitativa de esa probabilidad:

Interaccio nes producidas F P  Interaccio nes posibles I

SECCIONES EFICACES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (II) Sección eficaz macroscópica (S) Recorrido libre medio (l)

Variación de la intensidad de neutrones I(neutrones/s) con el espesor x: proporcional a I:

dI   SI dx S se llama sección eficaz macroscópica para la interacción considerada. Integrando,

I  I 0 e Sx  I 0 e



x

l

Así se define el recorrido libre medio (l) que recorre una partícula antes de interactuar (en sentido estadístico)

l

1 S

SECCIONES EFICACES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (III) Sección eficaz microscópica (s) S se compone de dos factores: • Uno macroscópico (át. por unidad de volumen): N   N A A • Otro microscópico (dependiente de cada átomo): s

S  Ns

 s se denomina sección eficaz microscópica. F (E, partícula, interacción)  Unidades: barnio (1 barnio = 10-24 cm2)  Cálculo para una mezcla isotópica: S(cm 1 )   N i (átomos cm 3 )s i (cm 2 )   i i

i

NA si Ai

SECCIONES EFICACES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (IV) Probabilidad de reacción por núcleo:

Superficie Núcleos 1 P  Superficie Total ST

N'

sNV

i 1

ST

s i 



SV  SL ST

Tasa de reacciones: F(interacciones  cm-3  s-1) = s (cm2) N(átomos  cm-3 ) F(neutrones  cm-2 s-1)

F = P·I/V = SLI/V SLSF/V  S ·F = s ·N·F Ejemplos: Fisiones por segundo en un reactor: F = S U-235,fisión·F = s U-235,fisión·NU-235·F Núcleos por segundo del núclido B que absorben neutrones: F = S B,captura·F = s B,captura·NB·F

SECCIONES EFICACES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (VI) DEPENDENCIA DE LA SECCIÓN EFICAZ MICROSCÓPICA RESPECTO DE LA ENERGÍA DE LOS NEUTRONES

Se distinguen tres regiones en la dependencia de s con la energía: • Rango térmico (E