Критмассы U232, U234 и U236, достоверность материалов Carey Sublette Опции

[KTN]

В ядерной физике не один десяток лет держится иллюзия, будто "всё уже сделано, всё уже посчитано".
Однако на днях столкнулся с тем, что неточности в сечениях не позволяют ответить на простейший вопрос:
существуют ли критмассы для изотопов 91-Pa-231, 92-U-232, 92-U-234 и 92-U-236, всё-таки делящиеся они или сырьевые материалы?

В мировой литературе на этот счёт разные мнения.
В известном труде Carey Sublette несколько лет назад, в старых версиях
http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq12.html
протактиний-231 имел критмассу, сейчас он пересмотрен и считается аналогом урана-238.
Для 92-U-232, 92-U-234 и 92-U-236 в прошлые годы отмечалось отсутствие опубликованных цифр, а также что one-group calculation даёт конечную, причём небольшую, критмассу. В свежей версии такая оценка:

91-Pa-231 Critical mass: Probably not fissile (C4/TMR2001/200-1), 188 kg (one-group calculation)
92-U-232 Critical mass: 3.57-3.70 kg (C4/TMR2001/200-1), 5.04 kg (one-group calculation)
92-U-234 Critical mass: 145-149 kg (C4/TMR2001/200-1), 40.6 kg (one-group calculation)
92-U-236 Critical mass: Not fissile (C4/TMR2001/200-1), 167 kg (one-group calculation)

В советской литературе, в частности в справочнике 1984 года "Критпараметры систем с делящимися...", все эти четыре изотопа указаны как неделящиеся. У других изотопов в таблице стоит прочерк если недостаточно данных, а эти - именно K_infinity<1, аналогичны урану-238 и торию-232.

Если подставить их усреднённые по спектру деления сечения в обычное уравнение критмассы "one group calculation", получится, что у всех четырёх изотопов есть критмасса и она не очень велика. Однако то же самое получится, если использовать сечения урана-238 без учёта неупругого рассеяния при усреднении спектра деления по 26 группам ENDF-B6.
Чтобы правильно учесть неупругое рассеяние, есть матрица межгрупповых переходов в которой точность ещё меньше чем в основной таблице сечений.

Таким образом, вопрос: который из вариантов правильный, эти четыре изотопа делящиеся или не имеют критмассы?

[VBVB]

существуют ли критмассы для изотопов 91-Pa-231, 92-U-232, 92-U-234 и 92-U-236, всё-таки делящиеся они или сырьевые материалы?

Ответом на этот вопрос могут являться данные баз ENDF/B-VII.1 и JENDL-4.0 в версиях 2011.
[ENDF/B-VII.1 Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data. // Nuclear Data Sheets, 112 (2011) 2887–2996] и [JENDL-4.0: A New Library for Nuclear Science and Engineering.// J. Nucl. Sci. Technol. 48, 1 (2011)]

По критмассам имеем следующую ситуацию.

Critical masses in kg for cross-section libraries, calculated using MCNP. (*kinf is given when there is no critical mass)
Критические массы в кг для библиотек групповых сечений на основании расчетов металлических сфер кодом MCNP. (*kinf для случая отсутствия критмассы)
_____ENDF/B-VII.1__JENDL-4.0
Pa-231 0.925* 0.956*
U-232 6.14 6.142
U-233 15.6 15.6
U-234 128 111.6
U-236 0.710* 0.662*
U-238 0.306* 0.307*

Относительно делимости обсуждаемых изотопов нейтронами теплового спектра
Thermal neutron fission/capture cross sections ratio of actinoid nuclides from ENDF/B-VII.1 & JENDL-4.0 libraries.
Отношение сечений деления к сечениям захвата для термального нейтронного спектра
______ENDF/B-VII.1___JENDL-4.0
Pa-231 1.04*10-4 1.17*10-4
U-232 1.02 1.02
U-233 11.74 11.74
U-234 6.68*10-4 1.17*10-4
U-236 9.18*10-3 5.06*10-5
U-238 6.26*10-6 6.26*10-6

Т.о. U-232 и U-233 явно делящиеся ядерные материалы как на тепловых, так и быстрых нейтронах .
U-234 все таки делящийся изотоп, с высоким вкладом в деление собственных мгновенных нейтронов быстрого спектра.
Pa-231 и U-236 фертильные изотопы как и U-238.

Сообщение отредактировал VBVB - 26.12.2012, 13:33

[Denis_Hliustin]

данные баз ENDF/B-VII.1 и JENDL-4.0 в версиях 2011.
[ENDF/B-VII.1 Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data. // Nuclear Data Sheets, 112 (2011) 2887–2996] и [JENDL-4.0: A New Library for Nuclear Science and Engineering.// J. Nucl. Sci. Technol. 48, 1 (2011)]
По критмассам имеем следующую ситуацию.
Critical masses in kg for cross-section libraries, calculated using MCNP. (*kinf is given when there is no critical mass)
Критические массы в кг для библиотек групповых сечений на основании расчетов металлических сфер кодом MCNP. (*kinf для случая отсутствия критмассы)
_____ENDF/B-VII.1__JENDL-4.0
Pa-231 0.925* 0.956*
U-232 6.14 6.142
U-233 15.6 15.6
U-234 128 111.6
U-236 0.710* 0.662*
U-238 0.306* 0.307*

Похоже что в литературе по данной теме сохраняются разночтения. В частности такой источник:
E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010
http://ru.wikipedia.org/wiki/Критическая_масса
231Pa 32760 лет Mcrit=750±180 кг p=15,37 g/cm3
232U 68,9 лет Mcrit= ?kg p=19,04 g/cm3
236U 2,3416·10**7 лет Mcrit=? кг p=19,04 g/cm3
243Am 7400 лет Mcrit=208,8 кг p=13,67 g/cm3

В отличие от предыдущей респектабельной оценки, в этом источнике Ра231 имеет критмассу а U234 не имеет. По Am243 тоже цифра требует уточнения.
Отметим, это самый простой для расчёта идеализированный случай, когда в объёме отсутствуют другие ядра-разбавители, имеется только основной нуклид.

При вычислении программами итоговая цифра зависит от неточностей:
* графиков сечений деления и гаммазахвата, а также числа вторичных нейтронов как функций энергии нейтронов;
* их группового представления, т.е. погрешности вносимой при получении среднегрупповых сечений;
* сечения неупругого рассеяния как функции энергии нейтрона;
* матрицы межгрупповых переходов;
* диаграммы направленности вылета вторичных нейтронов при упругом и неупругом рассеянии;
* расчётного кода, при моделировании использующего то или иное приближение;

Кто как считает: для уточнения этих сведений, имеет ли смысл вести программу экспериментов по измерению нейтронных спектров, вылетающих из критсборок?
Подгоняя расчётный код под экспериментальный результат, будет ли он после коррекции точнее считать:
1) задачи на расчёт критмассы;
2) задачи на состав нуклидов в выгоревшем топливе и коэффициент воспроизводства?




Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 2.6.2013, 19:23