Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 44. 2 december 1950 - Uranreaktorns utnyttjande för vetenskapliga experiment, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
2 december 1050
1117
Uranreaktorns utnyttjande
för vetenskapliga experiment
Kärnfysikens utveckling har varit starkt beroende av ny
teknik. 1 uranreaktorn har vetenskapsmännen nu fått ett
förträffligt redskap, som redan möjliggjort många nya
experiment. Orsaken härtill är, att uranreaktorn ger ett
mycket stort antal neutroner med varierande energi. Inuti
uranstapeln finns sålunda snabba neutroner med en energi
av storleksordningen 1 MeV, dvs. med hastigheter på
10 000 km/s. Dessa neutroner bromsas i reaktorn till
termisk hastighet. I stapelns yttre delar finns därför
neutroner med en energi på 0,02—1 000 eV eller med hastigheter
på 2,2—440 km/s.
Uranreaktorns konstruktion
Fig. 1 visar principerna för en grafitreaktors
konstruktion (Tckn. T. 1945 s. 1434). En massa på flera hundra
ton ren grafit innehåller ett gitter av uranstavar. Denna
del kallas reaktorkärnan. Grafiten skall minska
neutronernas hastigheter, så att de kan infångas av urankärnor, och
den kallas därför moderator. Kärnan omges av ett nytt
lager grafit, reflektorn, som återkastar största delen av de
neutroner, som utsänds från reaktorkärnan tillbaka in i
det reagerande systemet. Kring reflektorn finns slutligen
ett betongskydd, som skall absorbera största delen av de
återstående neutronerna och den y-strålning, som utsänds
vid processerna inuti reaktorn.
Kärnreaktionens intensitet inuti reaktorn styres av
flyttbara regulatorstavar av metall med hög
absorptionsförmåga för neutroner, t.ex. kadmium eller bor. Reaktionens
förlopp bestäms av neutronernas reproduktionskonstant.
En neutron, som åstadkommer klyvning av en urankärna,
ger härvid kanske två nya neutroner. Ett antal sådana
bortgår från reaktorkärnan och andra absorberas inom
den utan att framkalla någon klyvning, men en
genomsnittlig del A ger nya klyvningar. Om A’ > 1, ökar därför
neutronmängden; om A < 1, minskar den.
När regulatorstavarna är helt inskjutna, är A < 1, och
någon kedjereaktion kan icke ske. Vid reaktorns
igångsättning dras regulatorstavarna ut, så att K blir något
större än 1. Neutronantalet och därmed värmeutveckling
och strålning stiger. När denna nått önskat värde, inskjuts
regulatorstavarna, så att K\= 1. Reaktionshastigheten
håller sig sedan nästan konstant, men
reproduktionskonstanten påverkas något av ändringar i temperatur och tryck,
varför små korrektioner ständigt måste göras.
Av intresse vid kärnfysikaliska experiment är
neutronflödet, dvs. antalet neutroner per kvadratcentimeter och
sekund. I en reaktor är detta direkt proportionellt mot
värmeutvecklingen per massenhet U3*5. Orsaken härtill är,
att det utvecklade värmet, som huvudsakligen härrör från
klyvningsprodukternas kinetiska energi, är proportionellt
mot antalet klyvningar, som i sin tur bestämmer
neutronflödet. Värmet måste bortföras på något sätt, vilket i
enklaste fall sker genom luftkylning.
Enkla reaktorer, såsom den brittiska GLEEP, som har
mycket liten kylning, kan arbeta vid en effektnivå på 100
kW. Den andra reaktorn i Harwell, som har en mycket
enkel luftkylning, utvecklar värme motsvarande flera tusen
kilowatt. Genom effektivare luftkylning eller genom
vattenkylning kan man komma upp till ännu större effekter.
Den andra Harwell-reaktorn ger ett maximalt flöde av
snabba och långsamma neutroner av storleksordningen
2,5 X 1(P neutroner per cm2 s. Brookhaven-reaktorn i USA
ger ett flöde på 5 X 1012 neutroner per cm2 s. Reaktorer med
tungt vatten i stället för grafit ger större flöde vid samma
totaleffekt. Orsaken härtill är, att de innehåller betydligt
mindre uranmängder, då reproduktionskonstanten blir
högre med tungt vatten än med grafit som moderator.
Försöksreaktorn vid Chalk River, Kanada, uppges ge ett
maximalt flöde på ca 6,X 10w neutroner per c nr s.
Neutronflödet är störst i centrum av reaktorn och avtar
med en faktor på 5—10 till sidan av reaktorkärnan för
att sedan ytterligare reduceras av betongskyddet. För
experimenten behövs i allmänhet så stort flöde som möjligt
och genom att borra hål i betongskyddet kan området med
hög neutrontäthet utsträckas. Sådana experimenthål kan
vara 10—30 cm i diameter och fylls med grafit eller
lämnas öppna, allteftersom man vill arbeta med termiska eller
snabba neutroner. Dessutom finns ett större hål fyllt med
grafit, som sträcker sig från reflektorn till betongskyddets
utsida. Genom denna termiska pelare ("thermal column")
diffunderar termiska neutroner. Flödet avtar utåt, och om
reaktorns centrala flöde är t.ex. av storleksordningen 1012
neutroner per cnr s, kan flödet 60 cm in i termiska pelaren
vara 6 X 10s.
När hålen ej används, täcks de av kadmiumplåtar, som
absorberar termiska neutroner. Härvid uppstår emellertid
y-strålning, varför skydd av bly placeras utanför
kadmiumplåtarna.
Experiment med uranreaktorer
Vid en intressant grupp av försök mäts energin hos den
y-strålning, som uppstår vid långsamma neutroners
in-fångning av olika kärnor. Dessa mätningar ger upplysning
om neutronens bindningsenergi i den aktuella kärnan.
Härav kan man dra vissa slutsatser om dessas
struktur. De första försöken av detta slag gjordes med väte.
Försök med andra element pågår och är av stor vikt, då
man behöver veta energin hos den y-strålning, som avges
av konstruktionsmetaller, t.ex. stål, då den har betydelse
för tjockleken hos betongskyddet för reaktorer.
Nyligen har Elliott och Bell använt reaktorn i Chalk
River för att exakt bestämma energin hos y-strålar
alstrade vid infångning av termiska neutroner. Vid dessa
experiment placerades en bit paraffin, 625 X 625 X 125
mm, i termiska pelaren. Neutroner infångades av
paraffinets väteatomer och gav deuterium under utsändande av
y-strålar, vilka samlades i ett koniskt rör av bly med en
spetsvinkel på 30°.
De fick sedan träffa uran och avspjälkade härvid
fotoelektroner från uranatomernas A- och L-skal. Den
erhållna sekundära strålningens energi mättes i en
ß-spek-trometer, och ur resultatet kunde den primära
y-strålning-ens energi beräknas till 2,236 MeV. Lägger man härtill re-
Referat av uppsats av Sir John Cockcroft i Endeavour apr. 1950.
Fig. 1. Princip för konstruktionen av en uranreaktor med
grafitmoderator; a genomskärning av reaktorkärnan, b
uranstavarnas placering i grafitmoderatorn.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
