Изотоп азота

Изотоп азота

  Изотоп азота. Потому что в периодической системе Менделеева азот стоит перед кислородом, у кислорода 8 – заряд, а у азота – 7. Значит, если вылетел протон, то как будто бы появился, меньше стало на 1 протон, значит, мы должны написать

16О(n,p)16N.

Так вот вот этот изотоп 16N короткоживущий b, g-излучатель, т.е. он излучает b-частицу и мощный g-квант. Период полураспада, тут b-распад идет, тут g-квант, а тут где-то 7 секунд, Т1/2 = 7 с. Ну, когда b-частица вылетает, значит отрицательный заряд вылетает. Если вылетает отрицательный заряд – то это равносильно тому, что появляется один положительный. Т.е. он снова превращается в 16О. Но важно, нам важно сейчас, я говорю, вот этот g-квант, потому что он очень жесткий, энергия этих g-квантов ~ 7 МэВ, и очень мощная защита нужна контура, первого контура. Но это касается не только кипящих реакторов, в принципе, если просто на двухконтурных станциях первый контур всегда имеет биологическую защиту. Ну потому что могут осколки появиться и т.д. А вот турбинный контур он не защищается нормально. А вот на РБМК, вообще на кипящих реакторах вот эта радиоактивность будет определять радиационную обстановку – там подогреватели, все, в общем, где деаэраторы – все это может как-то светить. Но чем по времени дальше это отходит, ко входу через питательный насос – там уже теряется. Потому что 1 минута – если вот посмотреть объем контура, время циркуляции, время одного оборота если возьмем 1 мин. – это уже будет 10 Т1/2, и уже вода будет возвращаться почти нерадиоактивная.  Так вот эта реакция (n,p) пороговая реакция, она идет только в том случае, если Еn > 9,5 МэВ. Я вот это не успел сказать, а вы правильно напомнили.  Т.е. это как раз вот эта активация этими совсем быстрыми нейтронами и приводит вот к этой активности.

Но есть еще один такой процесс и тоже на кислороде воды, только на другом изотопе кислорода — 17О. Его мало, я уже не помню, 10 %, что ли, примеси изотопной. И тоже идет реакция (n,p). Но там интересно, что образуются нейтроны как вид радиоактивного распада. Т.е. если взять 17О(n,p), получается 17N, по такому же типу, как и здесь

Изотоп азота  .

Вот здесь Т1/2 » 4,5 с, а вот здесь испускается b-частица, но испускается и нейтрон. И появляется у вас источник нейтронов из воды. Т.е. всегда вот если вблизи выхода из реактора, если трудно его измерить, потому что на фоне нейтронов, которые идут из активной зоны, это может и потеряться, но если вы сделаете вокруг детектора нейтронов защиту хорошую, коллиматор, вот отверстие, которое направлено только брало бы нейтроны из теплоносителя, то вы обнаружите вот этот поток нейтронов и более того, по нему даже, в принципе, можно и расход теплоносителя определять, потому что чем больше расход, или скорость циркуляции, то до данной точки распадаться будет. Чем больше расход, тем быстрее доносится туда эта активность, большая активность. На маленьком расходе ничего не дойдет, т.е. тут такое, в диагностике рассматривают такую ситуацию. Ну ладно, это все так, к сведению, а сейчас мы должны дальше двинуться по энергетической зависимости микроскопических сечений.

Изотоп азотаЗначит, мы начали с диапазона. Вот диапазон, если здесь 2 МэВ вверху, вот сюда нейтроны замедляются, сколько внизу? Какая минимальная энергия нейтронов в реакторе на тепловых нейтронах? Вот эта минимальная энергия равна 0,025 эВ при комнатной температуре. Это соответствует скорости нейтрона vn = 2,2 км/с. Вот с такой скоростью летают нейтроны, тепловые нейтроны в реакторе.

Вопрос – это при энергии 0,025?

 При энергии 0,025 эВ. Но энергия со скоростью связана просто, что Еn
= mv2/2. Это вот отсюда получено, если массу нейтрона подставить.

Вы должны вопрос задать – а при чем здесь комнатная температура? Вообще, какое она имеет значение к рассматриваемому вопросу?

Вот эта энергия 0,025 эВ, значит, если здесь, условно говоря, Еб, а вот здесь запишем Ет – энергия теплового нейтрона. Чем она определяется, отчего она зависит? Вот нейтрон все замедляется, замедляется и дальше вот перестает замедляться. Чем она определяется? Она определяется тепловым движением ядер замедлителя. Вот в комнате у нас воздух, молекулы воздуха, броуновское движение, движутся. Но вот сейчас здесь 200 С или 2930 К (273 добавить), и если вот эти градусы перевести в энергетические единицы, получится 0,025 эВ. Т.е. вот такая энергия соответствует энергиям, температуре, соответствующей, ну примерно 3000 К или 200 С. Значит нейтрон, он ведь имел большую энергию, он постепенно ее теряет, отдавая, при рассеянии, правильно? И вот наконец он дошел до такой энергиии, что его собственная кинетическая энергия сравнялась с энергией колеблющихся ядер замедлителя. Неважно, водород, углерод – неважно совершенно. Но это означает, что он не может замедлиться ниже, потому что если в одном столкновении, случайно, он может замедлиться, но в следующем ему поддадут от замедлителя энергии и они будут в таком динамическом равновесии – энергия колеблющихся ядер замедлителя и энергия нейтрона. Вот это говорят нейтронный газ как бы, так сказать, вот он имеет температуру, очень близкую к температуре замедлителя, который определяет энергию, до которой они должны замедлиться. Вот, собственно, отсюда и определяется нижняя граница.

Теперь вы говорите, а вот в реакторе. Вот берем ВВЭР на номинальном режиме. У него температура воды, замедлителя 3000 С. Значит, 6000 К (примерно). Значит, если комнатная температура 3000 К, а рабочая – 6000 К, это означает, что энергия тепловых нейтронов будет в 2 раза больше. Если она была 0,025 эВ, то она станет 0,05 эВ. Т.е. мы можем записать, что вот энергия теплового нейтрона Ет ~ Изотоп азота(в градусах Кельвина).