ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЛЕНИЯ ТРАНСАКТИНИДОВ НА СВЗ-100

Фурсов Б.И.Директор Отделения 1 - Института ядерной и

нейтронной физикиГНЦ РФ «Физико-энергетический институт имени

А.И.Лейпунского»

Перспективные ядерные технологии, требующие "новых" ядерных данных:

Достижение повышенного выгорания ядерного топлива для всех типов реакторов.

Использование энергетического и излишков оружейного плутония.

Замыкание ядерного топливного цикла.

Трансмутация младших актинидов в быстрых реакторах-выжигателях и в системах, управляемых ускорителем (ADS).

Достигнутые и требуемые (в скобках) точности сечений важнейших младших

актинидов

Нуклид Захват, %

Деление %

Неупругое рассеяние, %

Np-237 15 (5) 7 (3) 30 (10)

Pu-238 25 (10) 10 (5) 40 (30)

Am-241 10 (5) 10 (5) 30 (10)

Am-242m 30 (10) 15 (5) 40 (30)

Am-243 30 (10) 10 (5) 30 (30)

Cm-242 50 (10) 20 (5) 30 (30)

Cm-243 50 (10) 15 (5) 30 (30)

Cm-244 30 (20) 10 (5) 30 (30)

ВЫВОДЫ• Для принципиального повышения точности

ядерных данных для МА необходимо:

• проведение измерений сечений деления МА;

• проведение теоретических расчетов и оценка других парциальных сечений;

• подготовка полных файлов ядерных данных.

Задачи ГНЦ РФ-ФЭИ

• Радиохимическая очистка МА• Изготовление делящихся образцов• Измерение чисел делящихся ядер• Подготовка многосекционных камер

деления и детекторной электроники• Участие в измерениях на СВЗ • Обработка результатов измерений

Перечень МА

• Am-241 Am-242m Am-243• Cm-243 Cm-244 Cm-245• Cm-246 Cm-247 Cm-248

• Энергия нейтронов: 0,1 эВ - 20 кэВ

СПЕКТРОМЕТР ПО ВРЕМЕНИ ЗАМЕДЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ В СВИНЦЕ СВЗ-!))

СВЗ-100

• Свинец – сверхчистый (99.996%)• Масса каждого блока ~ 1 т• Поверхность блоков специально

обработана• Мишень – свинец, охлаждаемый воздухом• Длина – 3.3 м• Ширина – 1.62 м• Высота– 1.79 м• Стальная платформа на высоту 66 cм над

бетонным полом

ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЕКТРОМЕТРА• Энергия протонов (MMФ) = 209 MэВ• t = 0.5÷2 µs• f = 50 Hz• Ток в импульсе = 8÷10 mA, <I> = 8÷10 µA• Энергетическое разрешение ~ 35 %• Электроника позволяет проводить временной

и амплитудный анализ делений во временном интервале до18 ms.

• Детекторная система является многосекционными камерами деления, размещенными в операционных каналах СВЗ-100 на расстоянии 120 см от центра источника нейтронов

Делящиеся образцы

Изотопная композиция делящихся образцов (атомных %):

• Am-242m – 80.89±0,09 m = 3.44 µg • Cm-244 - 99,32±0,04 m=4.51±0.09 µg • Cm-245 – 98.48±0,01 m = 3.06±0.09 µg • U-236 – 99.845±0.005 m=1.6 mg• U-238 – 99.999 m=1.5 mg• Pu-239 – 99.994±0,001 m= 17÷550 µg

Амплитудные спектры камер деления

0 100 200 300 400 500

1

10

102

103

104

N

( V

)

Амплитуда , V

244Cm 235U 239Pu

СЕЧЕНИЕ ДЕЛЕНИЯ U-236

0.001 0.01 0.1 1 10

1

10

102

103

104

236U (n , f )

(

E ) ,

mb

E n , keV

< bomb > < ENDF/B7 > Muradyan Parker , LANL INR + IPPE

– ENDF/B-7 data; ○– present work; ○– [Cramer ], … – [Muradyan ], ─ – [Parker]

Am-242m epithermal neutrons

The reduced fission cross-section of Am-242m (top) and Cm-245 (bottom)) from 10 mэВ to 1 эВ.

○ – СВЗ –100; ─ – ENDF/B-7]; – Dabbs; -·- – Kai; ◊ – 25.3 meV (IAEA); ○ – Browne

0.01 0.1 1102

103

245Cm

242mAm

s(

E n ) E1/

2 , бн

эВ1/2

En , эВ

Am-242m resonance energy range

Приведенное сечение деления Am-242m от 0.8 эV to 30 kэВ.

○ – СВЗ-100; ─  – [ENDF-B7]; – [Browne], – [Dabbs ]; ◊– [Kai].

0.001 0.01 0.1 1 10200

400

600

(En) E

1/2 ,

бн э

В1/2

En , кэВ

СЕЧЕНИЕ ДЕЛЕНИЯ Cm-243 В ЭПИТЕПЛОВОЙ ОБЛАСТИ

1E-4 1E-3 0.01

102

103 thermal <JEFF-3.1> JEFF-3.1 ИЯИ + ФЭИ

243Cm

v(E

),

бэВ

1/2

E , кэВ

Сечение деления Сm-243 в резонансной области

0.01 0.1 1 10

200

400

600

<JEFF-3.1> ИЯИ + ФЭИ <bomb-76>

243Cm

v(E

),

б*эВ

1/2

E , кэВ

Сечение деления Сm-244

10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 10210-2

10-1

1

10

<ENDF/B-VII> <bomb> RINS our data

244Cm

<v>(

E),

beV1/

2

E, keV

Сечение деления Cm-244

10-2 10-1 1 10 102

1

10

<ENDF/B-VII> <bomb> RINS our data

244Cm

<v>(E), beV1

/2

E, keV

Сечение деления Cm-244 в эпитепловой области

1 10 10010-2

10-1

1

10 244Cm

<

v> (

E ) ,

бн

эВ1/

2

E , эВ

<ENDF/B7> ENDF/B7 experiment fit

Cm-245 resonance neutrons

Сечение деления Cm-245 от 0.5 эV to 20 kэV.

○ – СВЗ-100 [3]; ─ – ENDF/B-7 [4]; ◊ – LSDS-44 [Gerasimov]; – [White]; ○ – [Moore ].

1 10 102 103 104

102

103

(E n) E

1/2 ,

бн э

В1/2

En , эВ

Заключение• Использование СВЗ-100 позволило провести

измерение сечений деления U-236, Am-242m, Cm-243, Cm-244 и Cm-245 в диапазоне энергии нейтронов от 0.03 эВ до 20 кэВ.

• По сравнению с первыми сеансами, оперативный диапазон был расширен в область эпитепловых нейтронов.

• Новые результаты настаивают на ревизии принятых оценок разных стран для всех сечений деления изученных ядер.

• Результаты опубликованы в 10 научных трудах.• Проведение еще одного сеанса позволит

получить новые результаты для Am-241, Am-243, Cm-247, Cm-248 и внести уточнения в уже полученные данные.

ОСНОВНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛИ• ИЯИ РАН: Коллектив ММФ, А.А.Алексеев, А.А.Бергман, А.И.Берлев, Э.А.Коптелов

• ГНЦ РФ-ФЭИ: Б.Ф.Самылин, А.М.Труфанов, Б.И.Фурсов, В.С.Шорин