Difusión de Neutrones con un Moderador


  Transmitancia
  Reflectancia
  Absorción
Eje X ancho del moderador [cm]
Eje Y Probabilidad normalizada a 10

Introducción Este applet usa una simulación de Monte Carlo junto con suposiciones sencillas sobre las interacciones neutrón - átomo que permiten determinar los coeficientes de transmisión, reflexión y absorción de un medio (moderador) ante un haz de neutrones. La teoría y la idea del modelo están basados en un artículo de M C Capizzo et al.
Uso del applet

Las variables que se usan y se puden modificar son:

  • la : el camino libre medio antes de que un neutrón sea absorbido
  • lc : camino libre medio antes de una dispersión elástica del neutrón
  • A: anchura del moderador
  • n: número de neutrones que entrán en la simulación
  • delta: intervalos en lo que se realizará la simulación (van desde delta hasta el ancho del moderador)

En la parte superior izquierda se encuentra una lista desplegable en la que se puede elegir uno de los 3 moderadores modelo (agua, agua pesada y grafito). Al elegir uno, se cargarán los datos correspondientes.

El Modelo

El modelo de la simulación hace simplificaciones importantes sobre la interacción de los neutrones:

  • Se supone que todas las colisiones son elásticas.
  • Se supone que las secciones eficaces son constantes (en la vida real las secciones eficaces dependen de la energía del neutrón)
  • Los coeficientes de transmisión reflexión, etc. se pueden determinar estadísiticamente asumiendo los anteriores puntos (en realidad los coeficientes entran en resonancia ante determinadas energías de los electrones).

Las distribución de probabilidad para el camino medio de los neutrones está dado por:

donde n = número de átomos por unidad de volumen, sigma = sección eficaz, l = camino libre medio.

Sobre la dirección de dispersión se asume que esta es isotrópica, con lo que se llega a las siguientes distribuciones:

en la simulación sólo tomamos en cuenta el ángulo theta (que asumimos es el que está en dirección normal al plano del moderador)

 

Conclusiones: El modelo altamente simplificado de interacción neutrón - átomo usado reproduce de forma bastante aceptable los coeficientes de distintos moderadores. Sin duda alguna con algunas adiciones se podría usar el modelo como herramienta para determinar la utilidad de distintas sustancias para la termalización de neutrones en centrales nucleares, por ejemplo.
Referencias

[1] M C Capizzo, S Nuzzo, R M Sperandeo, M Zarcone Diffusion of neutrons by a slab of moderating material 2005 Eur. J. Phys. (26 ) 85-95