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

1. CURSO DE SEGURIDAD RADILOGICA EN EL USO DE LAS
FACILIDADES DE INVESTIGACIÓN EN EL REACTOR NUCLEAR RP10
FUENTES DE NEUTRONES
Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
Huarangal, 5 de marzo de 2013

2. Referencia:
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 2

3. 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
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 3

4. 1. Tipos de Fuentes de Neutrones
• Fisión espontánea
• Reacciones nucleares
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 4

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 torio
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 5

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
dE
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 6

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. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 8

9. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 9

10. Reacciones desde Aceleradores de
Particulas
• 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. 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. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 12

13. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 13

14. FUENTES DE NEUTRONES EN EL
MUNDO
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 14

15. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 15

16. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 16

17. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 17

18. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 18

19. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 19

20. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 20

21. Fuentes radiactivas
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 21

22. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 22

23. CATEGORÍAS DE LAS FUENTES
RADIACTIVAS
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 23

24. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 24

25. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 25

26. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 26

27. IDENTIFICACION DE FUENTES Y DISPOSITIVOS RADIACTIVOS
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 27

28. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 28

29. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 29

30. REACTORES DE INVESTIGACIÓN
BOCA DE TANQUE DEL REACTOR OPAL
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 30

31. Reacción Nuclear de ¿Qué necesitamos para
mantenerla bajo control?
Fisión en Cadena
neutrón
Fragmento de Fisión

Absorbente
 de
CALOR Radiaciones
 neutrones
neutrón 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. Partes y Tipos
Las diversas combinaciones posibles entre
combustibles, refrigerantes y moderadores
determinan la familia a la que pertenece la
central
Generador de Vapor
Núcleo del Reactor
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 32

33. REACTOR NUCLEAR BAJO PRESIÓN
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 33

34. INVAP – RA6 - BARILOCHE
CONTINUA SOBRE REACTORES DE INVESTIGACIÓN
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 34

35. 3. Reactores de Investigación
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 35

36. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 36

37. Reactor Nuclear
• 2 a 3 neutrones por cada fisión
La población neutrónica presente será un balance entre Producción y Destrucción
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 37

38. Punto central: Factor de Multiplicación
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 38

39. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 39

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 veces
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 40

41. Los reactores están diseñado para
que nunca ocurra el PROMPT
CRÍTICO
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 41

42. Espectro Neutrónico
Neutrones
U235 retardados, 1%
n
Neutrones
rápidos, 99%
( E )  0.484e E senh E E
rápidos
Watt 2 MeV
N(E), MeV
moderación
0.025 eV
0 térmicos
1 2 3 10
E(MeV) REACTORES
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones TERMICOS 42

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. 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 IAEA
Absorción alta Absorción despresiable
zona térmica
0.4 eV
zona epitérmica
CONTINUACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NEUTRONES
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 44

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. 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
E
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 46

47. Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 47

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. Gracias por su atención
• azuniga@ipen.gob.pe
• agustinz1@hotmail.com
Dr. A. Zuñiga Fuente Neutrones 49