中子吸收
中子吸收亦稱 “中子俘獲”。指的是在核反應(yīng)堆中,中子在與原子核相互碰撞后,被核所吸收并發(fā)出γ射線的過程。在有些情況下亦會導(dǎo)致核的β衰變或裂變。中子吸收包括(n,γ),(n,α),(n,p)以及核裂變反應(yīng)。
在核反應(yīng)堆中,中子吸收起著重要的控制作用。為了控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率在一個預(yù)定的水平上,需用吸收中子的材料做成吸收棒,來吸收過多的中子??刂瓢粲脕硌a償燃料消耗和調(diào)節(jié)反應(yīng)速率;安全棒用來快速停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。2
吸收材料比較有效的中子吸收劑包括: 硼、鎘、鉿。硼不僅中子吸收截面高,而且吸收中子的能量范圍較寬,一般以碳化硼或硼鋼作為控制材料;鎘的熱中子吸收截面比硼高,但是對超熱中子的吸收截面小,一般制成銀銦鎘合金用于水冷堆;鉿不僅對熱中子和超熱中子都有高的吸收截面,而且是長壽命的中子吸收體,特別適于水冷堆。但鉿非常稀缺、昂貴,因而使用受到限制。
如果用于封閉反應(yīng)堆,需要摻入大量的鎘鹽或者硼酸,用于吸收熔化后的核燃料中的中子。這些核燃料仍在裂變,只是會逐漸進(jìn)入亞臨界,摻入中子吸收劑有助于降低鏈?zhǔn)椒磻?yīng),使熔毀的堆芯放射性水平降低,并且發(fā)熱量降低,易于處理。
硼酸吸收劑硼酸是一種大中子吸收截面的物質(zhì),在反應(yīng)堆中主要是用來調(diào)節(jié)反應(yīng)性用的,加入適量的硼酸可以降低反應(yīng)性。
天然硼元素有兩種穩(wěn)定同位素,即(10)B 和~11)B,豐度分別為19.78%和80.22%。(10)B 具有對中子高吸收的獨特特性,自然豐度的硼的對熱中子的吸收截面接近于750巴,而(11)B 僅為 0.005巴,因此(10)B 對熱中子的吸收截面是自然豐度硼的5倍還多,是石墨的20多倍。是傳統(tǒng)防護(hù)材料混凝土的 500多倍。
也就是說,硼-10同位素是高效的熱中子吸收劑。因此在核電站中它是安全和控制系統(tǒng)中所不可缺少的。特殊級(SQ)硼酸用于核工業(yè),具有硼-10高比例特性。因此硼酸是可以終止核反應(yīng)用的,吸收中子,再速凝水泥封堵,以后此地方圓多少公里為無人區(qū),不再住人。
正是由于~(10)B 同位素的這種特性,使得~(10)B 同位素的相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到了軍用防護(hù)、核武器及核工業(yè)等軍事領(lǐng)域。