УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики В.А. ЮФЕРЕВА Научный руководитель А.Н. ШМЕЛЁВ Московский инженерно-физический институт (государственный университет) РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ ЛЕГКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА НЕЙТРОННЫЙ ФОН В УРАНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛАХ Повышение нейтронного фона свежего топлива рассматривается как один из методов внутренней защиты ядерных материалов в целях нераспространения. Наличие в топливе легких примесей и источника альфа-частиц приводит к испусканию нейтронов за счет (α, n)-реакций. В работе оценивается влияние примесей на радиационные характеристики свежего топлива. Для расчета выхода нейтронов в (α,n)-реакциях применялась аналитическая модель, учитывающая зависимости сечений реакций и массовой тормозной способности среды от энергии налетающей частицы. В качестве исходных данных использовались данные по массовой тормозной способности в многокомпонентных средах, полученные при помощи программы SRIM [1], и сечения (α,n)-реакций из библиотек экспериментальных ядерных данных EXFOR и оцененных ядерных данных JENDL. Выход нейтронов на 1 альфа-частицу вычислялся по формуле: J Y Na j 1 j Aj E0 Bj j (E) dE , dE d x ср где j – массовая доля j-го материала в среде; A j – атомная масса j-го материала в среде; j – сечение (α,n) для j-го материала в среде; dE – массовая тормозная способность среды; B – пороговая энерj d x ср гия (α,n)-реакции для j-го материала в среде Для обоснования применимости модели была рассчитана средняя длина полного пробега α-частицы с начальной энергией 5,3 МэВ (средняя энергия α-частиц, испускаемых 232U). Полный пробег α-частицы в металлическом уране плотностью 19,05 г/см3 составил 0,992 мм. Также были рассчитаны средние расстояния между атомами примесей в топливе. Например, в металлическом уране расстояние между атомами фтора (F), 144 ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1 УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики при его содержании в основном материале 1ppm-w, составило 0,12 мкм. Подобные расчеты были проведены для большинства встречающихся в свежем топливе изотопов легких примесей. Результаты показали, что, согласно данным предприятий изготовителей, содержание примесей в металлическом уране значительно превосходит минимальное количество примесей, необходимое для того, чтобы на пробеге альфа-частицы (с учетом существования порога взаимодействия) было хотя бы 100 легких ядер. Рассмотрение в качестве источника альфа-частиц не только 232U, но и всех продуктов цепочки его радиоактивного распада позволяет повысить расчетные значения выхода нейтронов. В свежем топливе в отсутствии источников подпитки 232U, его дочерние продукты не достигают равновесной концентрации и, следовательно, нейтронный фон топлива будет постоянно изменяться. Анализ изменения нейтронного фона свежего топлива во времени в связи с изменением концентраций альфа-эмиттеров позволит управлять радиационными характеристиками топлива и степенью его защищенности от несанкционированного использования. Согласно данным из доклада Оппенгеймера по Манхэттенскому проекту [2, 3] нейтронный фон при интенсивности спонтанных делений 50 дел./г∙с более чем в 100 раз превышает допустимый уровень для создания ядерного взрывного устройства ствольного типа. Исходя из этого критерия, было рассчитано количество легких примесей в металлическом уране с обогащением 90% и 36%, которое позволит вывести эти материалы из области возможного применения в оружейных целях. Например, для создания нейтронного фона удовлетворяющего отмеченному выше критерию достаточно наличия в металлическом уране (обогащение 36% по 235U) 10 ppm Be в сочетании с 1% 232U. Дальнейший подход определения нейтронного фона реализован в программном комплексе Addnet, который позволяет вычислять выход нейтронов в единице объема рассматриваемого материала. Список литературы 1. http://www.srim.org. 2. Carson J. Mark Explosive properties of Reactor-Grade Plutonium // Science & Global Security, 1993, Vol.. 4 pp.111-128. 3. http://nuclear-weapons.nm.ru/usa/manhattan/manhattan.html. ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1 145