Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Условия инверсии заселенностей уровней при нейтронной накачке активной среды, образованной парой изотопов гадолиния Gd155 и Gd156

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.16-18.055-062

Полный текст:

Аннотация

Теоретически изучена возможность преобразования энергии быстрых и эпитепловых нейтронов в энергию моноэнергетического фотонного излучения за счет нейтронной накачки активной среды, образованной ядрами с долгоживущими изомерными состояниями. Впервые принят во внимание канал образования ядра в изомерном состоянии как дочернего ядра, являющегося продуктом реакции радиационного захвата нейтрона более легким ядром. Проведены оценки параметров спектра потока нейтронов, обеспечивающих перевод из основного в одно из возбужденных состояний для ядер изотопов 54Xe130 , 10Ne22. Показано, что для перевода ядер изотопа в возбужденное состояние путем прямого рассеяния нейтронов на ядрах необходимо «выбирать» изотопы не только с большой удельной энергией связи нуклонов в ядре, но и с малым значением сечения поглощения нейтронов. Проведен анализ зависимости сечений радиационного захвата нейтронов ядрами изотопов гадолиния Gd155 и Gd156, в результате которого установлено, что скорость образования ядер Gd156 превосходит скорость их «выгорания» в потоке нейтронов. Это обеспечивается уникальным сочетанием поглощающих свойств двух изотопов гадолиния Gd155 и Gd156 как в тепловой, так и резонансной областях энергии нейтронов. Сформулированы условия, необходимые для перевода ядер изотопа в возбужденное состояние путем прямого рассеяния нейтронов на ядрах и для накопления ядер в возбужденных состояниях. В результате аналитического решения системы дифференциальных уравнений нуклидной кинетики с учетом распада изомерных состояний ядер получено соотношение, позволяющее проводить оценки параметров процессов захвата нейтронов ядрами, образования и распада изомерных состояний ядер. Проведен анализ возможности нейтронной накачки активной среды, образованной ядрами изотопа гафния. Установлено, что свойства ядер изотопов гафния не позволяют обеспечить условия инверсии заселенности энергетических уровней за счет образования в потоке нейтронов ядер гафния в изомерном состоянии Hf178m2. Показана возможность накопления избыточной энергии в активной среде, образованной ядрами пары изотопов гадолиния Gd155 и Gd156, за счет образования и накопления ядер в изомерном состоянии при радиационных захватах нейтронов ядрами стабильного изотопа с меньшей массой. Сформулирован вывод о том, что при накачке активной среды, образованной ядрами гадолиния, нейтронами с плотностью потока порядка 1013 см-2·с-1 условие  инверсии заселенности уровней может быть достигнуто за несколько десятков секунд. Длина волны генерируемого средой излучения составляет 0,0006 нм. В качестве претендента на роль активной среды  может быть рассмотрена спеченная керамика на основе обогащенного по 155-му изотопу оксида гадолиния Gd2O3. Таким образом, существует возможность создания лазерной техники нового поколения с параметрами, обеспечивающими ее применение в импульсной энергетике будущего.

Об авторах

И. В. Шаманин
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Россия

Игорь Владимирович Шаманин - доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Отделения естественных наук.

Д. 30, пр. Ленина, Томск, 634050, тел.: +7 (3822) 60-61-12



М. А. Казарян
Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН
Россия

Мишик Айразатович Казарян - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Д. 53, Ленинский просп., Москва, ГСП-1, 117924, тел.: +7 (499) 132-61-47



Список литературы

1. Шаманин, И.В. Использование программы ORIGEN-ARP при расчете изотопного состава отработанного топлива реактора ВВЭР-1000 / И.В. Шаманин [и др.] // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]: Энергетика. – 2010. – Т. 317. – № 4. – С. 25–28.

2. Шаманин, И.В. Нуклидная кинетика с участием ядер гафния и гадолиния, находящихся в долгоживущих изомерных состояниях / И.В. Шаманин, М.А. Казарян // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2017. – Т. 44. – № 7. – С. 48–52; DOI 10.3103/S1068335617070077

3. Ткаля, Е.В. Индуцированный распад ядерного изомера 178m2Hf и «изомерная бомба» / Е.В. Ткаля // Успехи физических наук. – 2005. – Т. 175. – № 5. С. 555–561.

4. Российская библиотека файлов оцененных нейтронных данных для генерации наборов констант в системе константного обеспечения БНАБ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ultra.ippe.obninsk.ru:8097. – (Дата обращения: 06.2005).

5. Audi, G. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties / G. Audi [et al.] // Nuclear Physics A. – 1997. – Vol. 624. – P. 1–124.


Для цитирования:


Шаманин И.В., Казарян М.А. Условия инверсии заселенностей уровней при нейтронной накачке активной среды, образованной парой изотопов гадолиния Gd155 и Gd156. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(16-18):55-62. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.16-18.055-062

For citation:


Shamanin I.V., Kazaryan M.A. Conditions for Population of Energy Levels Inversion when Active Medium Based on Gadolinium Isotopes Gd155 and Gd156 Couple Neutron Pumping. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(16-18):55-62. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.16-18.055-062

Просмотров: 164


ISSN 1608-8298 (Print)