Медленных нейтронах

* Это справедливо, когда металлы после травления находятся на воздухе. Если их шлифуют, локальные высокие температуры, возникающие на поверхности, приводят к образованию заметных количеств оксида, но это не пассивная пленка. Для обнаружения адсорбционных пленок, в том числе и пассивирующих, используют метод дифракции медленных электронов. — Примеч. авт.

Еще Фладе заметил [6], что пассивная пленка на железе тем дольше остается устойчивой в серной кислоте, чем длительнее была предварительная пассивация железа в концентрированной азотной кислоте. Другими словами, пленка стабилизируется продолжительной выдержкой в пассивирующей среде. Франкенталь [17] заметил также, что хотя для пассивации 24 % Сг—Fe в 1 н. H2S04 достаточно менее монослоя О2 (измерено кулонометрически), пленка становится толще и устойчивее к катодному восстановлению, если сплав некоторое время выдержать при потенциалах по-ложительнее потенциала пассивации (см. рис. 5.1). Возможно, . наблюдаемое стабилизирующее действие является результатом того, что положительно заряженные ионы металла проникают в адсорбированные слои отрицательно заряженных ионов и молекул кислорода; благодаря сосуществованию противоположных зарядов поддерживается тенденция адсорбционной пленки к стабилизации. Данные метода дифракции медленных электронов для одиночных кристаллов никеля [28], например, свидетельствуют о том, что предварительно сформированная адсорбционная пленка состоит из упорядочение расположенных ионовч кислорода и никеля, находящихся на поверхности металла приблизительно в одной плоскости. Этот первоначальный адсорбционный слой более термоустойчив, чем оксид NiO. При повышенном давлении кислорода на первом слое образуется несколько адсорбционных слоев, состоящих, возможно, из О2. В результате образуется аморфная пленка. С течением времени в такую пленку могут проникать дополнительные ионы металла, особенно при повышенных потенциалах, становясь подвижными в пределах адсорбированного кислородного слоя. Окамото и Шибата [29] показали, что пассивная пленка на нержавеющей стали 18-8 содержит Н2О; аналогичные результаты получены для пассивного железа [30]. В конечном счете в отдельных местах поверхности металла образуются ядра стехиометрического оксида; разрастаясь в стороны,

Взаимодействие кислорода с чистой поверхностью металла протекает'в три этапа: 1) адсорбция кислорода, 2) нуклеация, т. е. образование зародышей, 3) рост сплошной оксидной пленки. На первых стадиях адсорбции пленка состоит из атомов кислорода, так как свободная энергия адсорбции атомов кислорода превышает свободную энергию диссоциации его молекул. Методом дифракции медленных электронов удалось установить, что атомы некоторых металлов входят в состав адсорбционной пленки и образуют относительно стабильную двухмерную структуру из ионов кислорода (отрицательно заряженных) и металла (положительно заряженных). Как уже говорилось в отношении пассивирующей пленки (разд. 5.5), адсорбционная пленка, составляющая доли монослоя, термодинамически более стабильна, чем оксид металла. На никеле, например, она сохраняется вплоть до точки плавления никеля [1 ], тогда как NiO разрушается вследствие растворения кислорода в металле *. Дальнейшая выдержка при низком давлении кислорода ведет к адсорбции на металле молекул О2, проникающих сквозь первичный адсорбционный слой. Так как второй слой кислорода связан менее прочно, чем первый, он адсорбируется не диссоциируя. Возникающая в результате структура более стабильна на переходных, чем на непереходных металлах [2]. Любые дополнительные слои адсорбированного кислорода связаны еще ^слабее, и наружные слои становятся подвижными при повышенных температурах, о чем свидетельствуют рентгенограммы, отвечающие аморфной структуре. Вероятно, ионы металла входят в многослойную адсорбционную пленку в нестехиометрических количествах и к тому же относительно подвижны. Например, обнаружено, что скорость поверхностной диффузии атомов серебра и меди выше в присутствии адсорбированного кислорода, чем в его отсутствие [3]. ;

Потенциалоскоп с видимым изображением — потенциалоскоп, коллектор, мишень и коллектор-рефрактор которого выполнены в виде мелкоструктурных сеток: в режиме стирания электроны немодулированного луча тормозятся полем рефлектора и возвращаются на мишень с малой скоростью (режим медленных электронов), стирая потенциальный рельеф; в режиме записи электроны модулированного луча возвращаются полем рефлектора на мишень с большими скоростями (режим быстрых электронов) и в результате вторичной эмиссии на мишене создается потенциальный рельеф; в режиме считывания и воспроизведения электроны немодулированного луча, пролетая сквозь мишень и коллектор-рефрактор, попадают на люминофор экрана, при этом рельеф воздействует на электронный луч как управляющая сетка, модулируя поток электронов, в результате чего на экране возникает изображение; поскольку при этом электроны на мишень не падают, рельеф сохраняется и считывание может проводиться несколько раз; преимущества таких потенциалоскопов: большая яркость изображения, регулируемое время послесвечения, ровный фон [9].

Потенциалоскоп с видимым изображением — потенциалоскоп, коллектор, мишень и коллектор-рефрактор которого выполнены в виде мелкоструктурных сеток: в режиме стирания электроны немодулированного луча тормозятся полем рефлектора и возвращаются на мишень с малой скоростью (режим медленных электронов), стирая потенциальный рельеф; в режиме записи электроны модулированного луча возвращаются полем рефлектора на мишень с большими скоростями (режим быстрых электронов) и в результате вторичной эмиссии на мишене создается потенциальный рельеф; в режиме считывания и воспроизведения электроны немодулированного луча, пролетая сквозь мишень и коллектор-рефрактор, попадают на люминофор экрана, при этом рельеф воздействует на электронный луч как управляющая сетка, модулируя поток электронов, в результате чего на экране возникает изображение; поскольку при этом электроны на мишень не падают, рельеф сохраняется и считывание может проводиться несколько раз; преимущества таких потенциалоскопов: большая яркость изображения, регулируемое время послесвечения, ровный фон [9].

Большой успех в исследованиях поверхности твердых тел достигнут в последнее десятилетие в результате разработки методов с применением приборов для измерения ее химической, геометрической, колебательной и электронной структуры. К ним следует отнести прежде всего метод дифракции медленных электронов (ДМЭ), который используется для идентификации периодической структуры поверхности определенной кристаллографической ориентации и известного химического состава. Глубина проникновения низкоэнергетических электронов в кристалл в методе ДМЭ составляет один — два периода решетки. Появление посторонних атомов на поверхности фиксируется с точностью 5—10% от монослоя [28, с. 83].

анализом дислокационной структуры и количественным выделением удельного вклада поверхностных эффектов в общий процесс макроскопической деформации, различные приемы искусственного моделирования поверхностных барьерных эффектов (покрытия, пленки, поверхностная механическая и химико-термическая обработка и т. д.), методы дифракции медленных электронов, эффекта поля, экзоэлектронной, акустической эмиссии и др.

€3. Дворянкин В. Ф., Митягин А. Ю. Дифракция медленных электронов — метод исследования атомной структуры поверхностей.— Кристаллография, 1967, 12, вып. 6, с. 34—51.

В плазме газового ряда первый случай (mi ж т2) имеет место при столкновении ионов и нейтральных молекул и атомов между собой. Второй случай (mi <С m2) — при столкновении электронов с ионами и нейтральными частицами. В газовом разряде упругое взаимодействие имеет место при столкновении медленных электронов и ионов с атомами

Все методы основаны на взаимодействии первичного излучения (теплового, рентгеновского, электрического и магнитного поля, потока фотонов, электронов, ионов, нейтральных атомов и молекул и т. д.) с веществом и анализе рассеянного или (чаще) вторичного излучения [1]. Таких методов известно несколько десятков, однако наибольшее распространение получили четыре: Оже-электронная спектроскопия (ОЭС или AES: Auger Electron Spectro-scopy) часто в сочетании с дифракцией медленных электронов (ДМЭ или LEED — Low Energy Electron Difraction); фотоэлектронная спектроскопия, чаще называемая электронной спектроскопией для химического анализа (ЭСХА или ESCA — Electron Spectroscopy for Chemical Analysis); ионный микроанализ или масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ или SIMS: Secondary Ion Mass-Spectrometry). Все чаще в одном приборе объединяют различные методы. Такое объединение расширяет возможность исследователя и увеличивает объем получаемой информации.

ОЭС, ДМЭ; ДБЭ —дифракция быстрых электронов- ДОБЭ — дифракция отраженных быстрых электронов; ДНМЭ — дифракция неупруго отраженных медленных электронов; ЭСИД — электронно-стимулированная ионная десорбция; МСЭПЗ — масс-спектрометрия с

Вода, являясь теплоносителем, одновременно выполняет также роль замедлителя нейтронов. Для поддержания цепной реакции нужны замедленные (тепловые) нейтроны, скорость которых не превышает 2 км/с. Именно двоякая роль воды в реакторе подобного типа определила его название — водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР). Такой реактор называют также реактором на тепловых (медленных) нейтронах.

РЕАКТОР-РАЗМНОЖИТЕЛЬ — ядерный реактор, в к-ром кол-во производимого ядерного горючего равно кол-ву расходуемого или превышает его. Назначение Р.-р.— получение вторичного горючего в кол-ве не меньшем, чем израсходовано. Р.-р. с уран-плутониевым топливным циклом работают на быстрых нейтронах; применение уран-ториевого цикла позволяет организовать Р.-р. на медленных нейтронах. Др. назв. Р.-р.— б р и д е р.

В большинстве случаев в ядерных реакторах, работающих на медленных нейтронах, применяют природный уран, поскольку обогащение урана для повышения в нем содержания U235 увеличивает его стоимость. При работе на быстрых нейтронах возможно пользоваться реакторами-размножителями, в которых количество вновь образующегося делящегося материала при протекании цепной реакции превосходит количество первоначально загруженного.

На рис. 36-1 показана принципиальная схема ядерного реактора работающего на медленных нейтронах. Стержни / из расщепляющегося вещества (ядерного топлива) окружены для уменьшения скорости движения нейтронов замедлителем 2. В качестве замедлителя применяют природную или тяжелую воду; для этой цели могут быть использованы легкие металлы (бериллий), графит, углеводороды.

Рис. 36-1. Принципиальная схема ядерного реактора, работающего на медленных нейтронах

На рис. 36-2 показана принципиальная тепловая схема Белоярской атомной электрической станции СССР. Мощность первой очереди этой атомной электрической станции, вырабатываемая турбогенератором ВК-ЮО-90, составляет 100 Мет. Реакторы на станции работают на медленных нейтронах с графитовым замедлителем. Они являются дальнейшим развитием реакторов, установленных на первой отечественной атомной станции. Тепловыделяющие элементы у этих станций однотипны, но длина их на рассматриваемой станции составляет 6 м вместо 1,7 м на первой из них.

В СССР сооружается значительное число АЭС с реакторами, работающими на медленных нейтронах.

Природный уран, на 99,28% состоящий из урана-238, содержит лишь 0,714% урана-235, активно делящегося медленными (тепловыми) нейтронами и, следовательно, пригодного для использования в качестве ядерного горючего. Такое содержание урана-235 оказывается достаточным для работы атомных реакторов на медленных нейтронах, но необходимое при этом общее

Реакторы, работающие на уране-235, получили название реакторов, работающих на тепловых, или медленных, нейтронах.

широко использовать реакторы-размножители на быстрых нейтронах. Таким образом, современная атомная энергетика, использующая реакторы на медленных нейтронах, не мажет ориентироватъся~на далекую "перспективу. Как уже указывалось, в реакторах-размножителях Вырабатывается и используется в качестве ядерного топлива плутоний, что увеличивает ресурсы ядерного топлива во много раз. *'"'yb! M/. (-1-(Л?

Число вторичных нейтронов, испускаемых на одно деление, не одинаково для различных изотопов и зависит от энергии падающего нейтрона. Почти все нейтроны деления испускаются практически мгновенно и имеют энергию от 0,075 до 18 Мэв. Их спектр при делении на медленных нейтронах дается следующей аналитической зависимостью: