Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Tab. 5.5
Die Eigenschaten einiger Materialien zur Moderation schneller Neutronen
Moderator
n
⟨
ξ
⟩
β
H (leichtes Wasser)
18
1
75
H (schweres Wasser)
25
0,725
9300
He (Helium)
43
0,425
83
Li (Lithium)
67
0,268
Be (Beryllium)
86
0,209
142
C (Graphit)
114
0,158
265
O (Sauerstoff)
150
0,120
Energie
W
i
(n)stößt auf einen ruhenden Kern K mit der Massenzahl
A
.BeidemStoßwird
das Neutron um den Winkel
ϑ
aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt und überträgt
dabei einen Teil seiner Energie Δ
W
=
W
i
(n)−
W
f
(n) auf den Kern. Das Neutron selbst
behält die kinetische Energie
W
f
(n). Der Energieverlust Δ
W
hängt vom Streuwinkel
ϑ
ab.
Es ist Δ
W
min
= , wenn
ϑ
=
○
(Vorwärtsstreuung) und es ist Δ
W
max
=
AW
i
(n)/(
A
+)
,
wenn
ϑ
=
○
(Rückwärtsstreuung). Bei der Auswahl eines Moderators sind die beiden
folgenden Fragen von besonderer Bedeutung:
•
Wieviele Stöße muss das Neutron im Moderator ausführen, um auf eine mittlere ther-
mische Energie
abgebremst zu werden?
Die mittlere thermische Energie des Neutrons ist gegeben durch
⟨
W
f
(
n
)⟩
+
(
A
−)
ln
A
−
⟨
W
f
(
n
)⟩=
W
i
(
n
)
exp
(−
n
⟨
ξ
⟩)
mit
⟨
ξ
⟩=
A
+
.
(5.10)
A
Dabei ist
n
die Anzahl der Stöße und
⟨
ξ
⟩
der mittlere relative Energieverlust, den das
Neutron bei jedem Stoß erleidet.
•
Wieviele Neutronen gehen bei dem Abbremsprozess verloren, weil sie von den Atom-
kernen nicht gestreut, sondern absorbiert werden?
Dies wird mithilfe des
Abbremsvermögens
β
des Moderators ausgedrückt, dasdefiniert
istdurchdasVerhältnisdes
Streuquerschnitts
σ
streu
zum
Absorptionsquerschnitt
σ
abs
.
Es gilt
σ
streu
σ
abs
.
β
=⟨
ξ
⟩
(5.11)
Ein guter Moderator sollte daher einen kleinen Wert für
n
, aber einen großen Wert für
β
aufweisen. In der Tab.
5.5
sind die Werte für einige Moderatormaterialien angegeben, die
für Neutronen mit einer Anfangsenergie
W
i
(n)≈MeVgelten.
Aus dieser Tabelle wird ersichtlich, dass nur leichte Elemente mit ⟨
ξ
⟩>, als Mode-
ratoren in Frage kommen, und von denen ist das Deuterium in der Form des schweren
Wassers besonders geeignet. Für Lithium und Sauerstoff ist das Abbremsvermögen nicht
angegeben, weil beide zu starkdie Neutronen absorbieren unddaher alsModeratoren nicht
