2-37 ²³⁸Pu作为裂变材料的中子增殖性能及应用

宋红州 张本爱

　　裂变现象发现50多年来，大量的实验及理论研究积累了相当多的数据，并建立和发展了若干理论模型。裂变作为大形变的集体运动机制，一直是核物理基础研究的难点。另一方面，核材料的生产及其废物处理已构成核能事业发展的核心内容，如何充分利用和妥善处理核废料的课题对锕系元素裂变相关的基础研究提出了新的要求。对²³⁸Pu裂变特性作了评估分析，还对含²³⁸Pu的核废料经适当处理后作为裂变材料的应用前景进行了探讨。

　　由国际最新评价的核数据库(ENDF/B- VI)信息，²³⁸Pu，²³⁹Pu，²⁴⁰Pu的裂变截面，如图1所示，低能部分(<0.5MeV)²³⁹Pu裂变截面高于²³⁸Pu，²⁴⁰Pu，反映出复合核激发能的大小及裂变位垒的系统学规律；高能部分²³⁸Pu，²³⁹Pu，²⁴⁰Pu裂变截面依次降低，表明复合核激发能大小及库仑能E_c与表面能E_s之比合理的定性关系。

　　为了对²³⁸Pu，²³⁹Pu，²⁴⁰Pu的裂变特性有一个整体比较，根据上述微观数据库计算加工得到了全能域平均截面，这里平均权重谱为²³⁹Pu的裂变瞬发中子能谱，平均能区选为主要关心的100eV~5MeV区间。结果见表1（表中数据参量下标f，ng ,t,a分别代表裂变，(n ,g )反应，总作用，核消失过程）。

表 2 核废料分离前后成分(r=15.74g/cm³)

　　采用以上数据进行了中子学计算研究，使用一维S_N（ANISN）程序，计算裸钚球临界半径前者为6.7363cm，后者为6.3561cm。鉴于²³⁸Pu的a 衰变寿命很短（约87年），进一步考察了上述分离后材料经10年存放后的情况，算出其临界半径仍为6.3743cm。利用δ相金属钚制成的快中子临界装置Jezebel，临界半径为6.3849cm（相应质量为17.02kg)，因此上面几组数据结果表明，含²³⁸Pu的核废料经适当分离后，临界质量由20.154kg变为16.930kg，即使存放10年，裂变增殖性能也变化不大。

　　当然以上分析都是从中子学角度研究其核动力学性能作出的，应进一步考虑材料的强衰变辐射带来的安全防护及工艺处理等重要因素。