Fuentes de neutrones

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Se exponen, aspectos sobre las fuentes de neutrones, orientados hacia un conocimiento básico de las mismas, y relacionados con el uso del reactor nuclea RP10 Perú

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Fuentes de neutrones

  1. 1. CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LASFACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10 FUENTES DE NEUTRONES Dr. Agustin Zúñiga Gamarra Huarangal, 5 de marzo de 2013
  2. 2. Referencia:Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 2
  3. 3. Contenido1. Tipos de FN: 1. Fuentes radiactivas 2. Generador de neutrones 3. Aceleradores 4. Reactor nuclear2. Espectro Neutrónico: 1. Neutrones fríos 2. Térmicos 3. Epitérmicos 4. Rápidos3. Reactor Nuclear de Investigación 1. Espectro en energía 2. LetargiaDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 3
  4. 4. 1. Tipos de Fuentes de Neutrones• Fisión espontánea• Reacciones nuclearesDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 4
  5. 5. Fisión espontánea• Espontánea se observa únicamente para átomos atómicos en los cuales la masa es superior a 230 uma, es decir a partir del torioDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 5
  6. 6. 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) dN 1/ 2  E / T E e dEDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 6
  7. 7. Fuentes Radioisotópicas: (α,n)• Mezcla: emisor alfa y adecuado blanco. (α,n)• Máximo rendimiento: blanco = Be   Be4  C 6  n0 4 9 12 1 2• 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)Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 7
  8. 8. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 8
  9. 9. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 9
  10. 10. Reacciones desde Aceleradores deParticulas• Utilizando protones y deuterones H H  He2  n0 2 2 3 1 1 1 Q: -3.26 MeV H 1  H 1  He2  n0 2 3 4 1 Q: 17.6 MeV• 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).Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 10
  11. 11. Fuentes fotoneutrones• Emisores gama combinados con blancos = fuentes de fotoneutrones.• Uso práctico: Be9 y H2: Be4  h  Be4  n0 9 3 1 Q: -1.666 MeV H 1  h  H 1  n0 2 1 1 Q: -2.226 MeV• Si gamas mayores que el mínimo el n sale con energías:Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 11
  12. 12. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 12
  13. 13. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 13
  14. 14. FUENTES DE NEUTRONES EN ELMUNDODr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 14
  15. 15. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 15
  16. 16. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 16
  17. 17. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 17
  18. 18. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 18
  19. 19. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 19
  20. 20. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 20
  21. 21. Fuentes radiactivasDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 21
  22. 22. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 22
  23. 23. CATEGORÍAS DE LAS FUENTES RADIACTIVASDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 23
  24. 24. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 24
  25. 25. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 25
  26. 26. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 26
  27. 27. IDENTIFICACION DE FUENTES Y DISPOSITIVOS RADIACTIVOSDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 27
  28. 28. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 28
  29. 29. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 29
  30. 30. REACTORES DE INVESTIGACIÓNBOCA DE TANQUE DEL REACTOR OPALDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 30
  31. 31. Reacción Nuclear de ¿Qué necesitamos para mantenerla bajo control? Fisión en Cadena neutrón Fragmento de Fisión  Absorbente  de CALOR Radiaciones  neutronesneutrón Ionizantes (Cd, B) U - 235 neutrón Fragmento de Fisión En el reactor nuclear, la reacción en cadena es Barra de control manejada a fin de mantener un ritmo de fisión constanteZuñiga Dr. A. Fuente Neutrones 31
  32. 32. Partes y Tipos Las diversas combinaciones posibles entre combustibles, refrigerantes y moderadores determinan la familia a la que pertenece la central Generador de VaporNúcleo del ReactorDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 32
  33. 33. REACTOR NUCLEAR BAJO PRESIÓNDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 33
  34. 34. INVAP – RA6 - BARILOCHE CONTINUA SOBRE REACTORES DE INVESTIGACIÓNDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 34
  35. 35. 3. Reactores de InvestigaciónDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 35
  36. 36. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 36
  37. 37. Reactor Nuclear• 2 a 3 neutrones por cada fisión La población neutrónica presente será un balance entre Producción y DestrucciónDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 37
  38. 38. Punto central: Factor de MultiplicaciónDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 38
  39. 39. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 39
  40. 40. Importancia de los neutrones retardados. Capacidad de controlarlo. np: 10E-15 s nr: 0.2 a 55 s (0.65% U235) K = 1.001, l = 10E- 4s t = 1s 22000 vecesDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 40
  41. 41. Los reactores están diseñado paraque nunca ocurra el PROMPTCRÍTICODr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 41
  42. 42. Espectro Neutrónico Neutrones U235 retardados, 1% n Neutrones rápidos, 99%( E )  0.484e E senh E E rápidos Watt 2 MeVN(E), MeV moderación 0.025 eV 0 térmicos 1 2 3 10 E(MeV) REACTORES Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones TERMICOS 42
  43. 43. Espectro Neutrónico .......continuación (E) TERMICO EPITERMICO RAPIDO 1/eV Maxwelliano Resonancia Moderacion Fision (1/E) Ae  BE senh CE E  kT E ( kT ) 2 e 106 107 0.1 10 En (eV) Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 43
  44. 44. Eliminando contribución epitérmica tot (m2) Cd 10-24 10-25 Cadmio absorbe neutrones térmicos Au 10-26 1b=10-24cm2 = 10-28m2 Unidad recomendada por 0.01 0.1 1 10 100 1000 E(ev) el IAEAAbsorción alta Absorción despresiablezona térmica 0.4 eV zona epitérmica CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 44
  45. 45. 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.Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 45
  46. 46. LETARGIA• Moderación sin absorción: colisiones de dispersión.• Valor de α. A1 2   ( A1 ) E´max= E E´min = α E• Densidad de colisiones de moderación H: F (E)  S• Letargia: u  ln E E0 E La letargia es cero para los neutrones con energía Eo y decae con el S (n/cm3/s) decrecimiento de la energía. Si decae la energía el neutrón es más letárgico.• Cambio en letargia: E u     ln( E´ )P ( E  E´)dE´ E EDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 46
  47. 47. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 47
  48. 48. 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?Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 48
  49. 49. Gracias por su atención • azuniga@ipen.gob.pe • agustinz1@hotmail.comDr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 49

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