Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 33. 14 september 1954 - Grundämnesomvandlingar i atomreaktorn, av Hans von Ubisch
<< 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.
14 september 1954
755
Grundämnesomvandlingar i atomreaktorn
Dr techn. Hans von Ubisch, Stockholm
Reaktorn som produktionsapparat för isotoper
och grundämnen karakteriseras i första hand av
storleken av dess neutronflöde. Uran,
konstruktionsmaterial och i reaktorn införda preparat och
även mätinstrument utsätts alla för detta flöde,
och nukliderna omvandlas efter en viss
lagbundenhet. Det är fysikerns uppgift att beräkna
reaktorer från kända konstanter och att få dem att
fungera, men han måste också arbeta hand i
hand med kemisten-analytikern som kan ta reda
på de förändringar som sker i en i gång varande
reaktor.
Omvandlingen av uran i reaktorn eller
produktionen av isotoper som är viktiga för olika
användningar är endast specialfall av de
nuklid-omvandlingar som kan ske. Andra omvandlingar
observeras av mättekniska skäl eller för
forskningsändamål, eller uppträder som icke önskade
bifenomen. Vid praktiskt utnyttjande av
atomenergin intresserar man sig i första hand för
omvandlingarna i uranet. Man skiljer då mellan
förbrukning och produktion av olika isotoper av
uran, torium och transuraner och produktionen
av klyvningsprodukter1’2.
Nuklidomvandlingar genom neutronbestrålning
Vid stöt mellan neutroner och atomkärnor kan
följden bli spridning av neutronerna utan
omvandling av kärnorna, infångning av neutroner
i kärnor ("radiative capture") utan andra
omedelbara följder än att /-strålning utsänds och
kärnornas masstal höjs med en enhet samt
in-fångningar som leder till omedelbar utsändning
av protoner, et-partiklar, två eller flera neutroner
eller till klyvning av kärnan. Utsändning av
endast en neutron, ej identisk med den infallande,
betraktas också som spridning. Då spridning inte
sker förvandlas den bestrålade nukliden alltid
till en eller flera andra nuklider. Dessa är ofta
(ej alltid) radioaktiva, och ger i så fall upphov
till en eller flera nya generationer nuklider.
Sannolikheten för att en viss process sker som
omedelbar följd av en neutronstöt anges med
en konstant som till dimensionen är en yta
(träffyta), och som kallas verkningstvärsnitt1.
Detta varierar från noll till ca 106 barn, i de flesta
fallen är det 0,1—100 barn. Enheten barn är
10-24 cm2, och atomkärnans geometriska
tvärsnitt är av ungefär denna storlek.
539.17 : 621.039.42
Verkningstvärsnittets exakta värde beror på
nuklidens natur, reaktionens art och neutronens
hastighet. Sannolikheten för att en given nuklid
med tvärsnitt 100 barn kommer att omvandlas
på ett år under inverkan av ett neutronflöde av
1013 neutroner/cm2s (från en större reaktor
som NRX, Tekn. T. 1953 s. 406) är
100 • 10-24 • 3,15 • 107 • 1013 = 3,15 • 10-2 (1)
Nukliden har alltså stora chanser att överleva.
Verkningstvärsnitten mäter man genom att
placera en känd mängd av nukliden i fråga i ett
känt neutronflöde och observera reaktionernas
frekvens. Alternativt kan man mäta
minskningen av mängden modersubstans eller mäta
mängden bildad dottersubstans.
Tidsförlopp
Man tänker sig N identiska atomer med
verkningstvärsnitt ü i ett tunt skikt som passeras av
ett flöde av & neutroner/cm2s (t.ex. enbart
termiska neutroner). Reaktionshastigheten dN/dt
ges då av
dN=-oN$dt (2)
Vid integration erhålles först
t
$$dt = S = $mt
ö
där <Pm är medelflödet. Man får med detta
N(S)=N(0)e~aS (3)
som är analog med relationen mellan N och t vid
radioaktivt sönderfall. Enligt ekv. (2) avtar
mängden modernuklid, t.ex. halten 235U i uranet
i en reaktor.
Antag nu att det vid omvandlingen av
modersubstansen uteslutande produceras radioaktiva
nuklider med sönderfallskonstanten l! och
in-fångningstvärsnittet för neutroner tf’. Om N är
antal moderkärnor och N’ antal dotterkärnor vid
tiden t, får man
dN’ = N aødt - N’{X’ -fö’ &)dt (4)
För enkelhets skull antas att N ej avtar
märkbart under bestrålningstiden och därför kan
anses konstant, dvs. man förutsätter att a är litet
jämfört med g’ och 1’/Detta ger lösningen
ifall N’ var noll vid t = 0.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
