Бор-10

Бор-10 (¹⁰B) — один из 11 известных изотопов бора.

Физические свойства

• Плотность
• Молекулярный вес — 10,012937 (4)
• Температура плавления
• Температура кипения
• Спин — 3⁺
• Период полураспада — стабилен
• % содержания в природной смеси изотопов — 19,9 (2)%
• Сечение радиационного захвата тепловых нейтронов — 3840 барн

Получение

Источником для получения изотопов бора в концентрированном виде служит природная изотопная смесь бора. Для разделения смеси применяют:

• криогенную ректификацию тетрафторида бора BF₃
• химобменную ректификацию комплексного соединения BF₃ с диметиловым или диэтиловым эфиром
• химический изотопный обмен в двухфазной системе, образуемой BF₃ в газе и его термически нестойким комплексом с анизолом в жидкости
• ионообменный метод разделения с использованием водных растворов борной кислоты.

Первый метод применяется для получения изотопов бора-11, второй и третий — для получения бора-10, четвёртый — для получения обоих изотопов.

Применение

Важной особенностью изотопов бора является резкое отличие сечений захвата тепловых нейтронов для ¹⁰B и ¹¹B. Для ¹⁰B это сечение слабо зависит от энергии взаимодействующих нейтронов, изменяется обратно пропорционально скорости нейтронов. Большая величина эффективного сечения поглощения обусловлена реакцией ¹⁰B (n, α) ⁷Li: бор-10 превращается в литий-7, выбрасывая α-частицы. Ядра лития и α-частицы обладают высокой ионизирующей способностью, а литий-7 имеет довольно заметное сечение захвата по отношению к быстрым нейтронам.

Для практического применения изотов бора-10 важно то, что энергетическая зависимость сечения захвата не имеет участков резонансного увеличения. Кроме того при взаимодействии с нейтронами не создаётся жёсткого гамма-излучения, что связано с малой величиной сечения реакции (n, γ). При поглощении ядрами ¹⁰B тепловых нейтронов в 92,5% случаев происходит испускание относительно мягкого гамма-излучения с энергией 0,478 МэВ. Это обстоятельство используется в одном из методов измерения содержания бора-10, а также степени его выгорания в поглощающих элементах ядерных реакторов. Ещё одним важным обстоятельством применения изотопов бора является отсутствие ядерного момента у бора-10 и его наличие у бора-11.

Бор-10 применяется в реакторостроении в качестве составной части стержней, регулирующих скорость ядерных процессов в реакторе, в основном в регулирующих стержнях реакторов на тепловых нейтронах. Использование высококонцентрированного бора-10 в виде металлокерамики карбида бора с окисью алюминия позволяет успешно решать задачу уменьшения размеров регулирующих стержней при одновременном увеличении их поглощающей способности к нейтронам.

Присадка высококонцентрированного бора-10 в боросодержащих сталях, применяемых в качестве поглотителей нейтронов, позволяет уменьшать содержание бора в стали, в связи с чем сталь делается более пластичной, менее хрупкой и твёрдой.

При производстве контейнеров для хранения и транспортировки отходов ядерного производства применяются сплавы бора-10 с алюминием (сплавы 1100+B и 6351+B).

Обогащённый бором-10 пентаборат натрия используется при эксплуатации реакторов на кипящей воде в системах контроля протечек.

Бор-10 в виде раствора борной кислоты применяется на АЭС в реакторах с водой под давлением для плавного регулирования мощности реактора и выравнивания выделения энергии в активной зоне для перевода реактора в подкритическое состояние в период останова для перегрузки топлива.

Свойство бора-10 активно поглощать нейтроны используется для применения его в качестве основы антиактивационных покрытий.

Способность бора-10 за счёт реакции ¹⁰B (n, α) ⁷Li преобразовывать нейтронный поток используется в приборостроении для создания полупроводниковых датчиков и высокоэффективных газоразрядных и сцинтилляционных счётчиков, использующихся для контроля за уровнем нейтронного излучения. Высокая ионизирующая способность образующихся в реакции ¹⁰B (n, α) ⁷Li осколков широко используется в радиационной химии для ускорения процессов и для большей эффективности использования нейтронного излучения ядерного реактора. Обогащённый бор-10, равномерно распределяясь в реакционной смеси позволяет добиться образования ионизирующих частиц во всём объёме реакционной массы, что недостижимо при поверхностном облучении, кроме того способствует уменьшению в продуктах реакции радиоактивных примесей.

Поверхностное облучение материалов продуктами реакции ¹⁰B (n, α) ⁷Li применяется для сшивания полимерных материалов между собой за счёт образования полимерных связей под воздействием местного нейтронного излучения, падающего на смачивающий сшиваемые поверхности раствор, в состав которого входит бор-10. Образующиеся швы выдерживают нагрузку свыше 100 кг/см³.

См. также

• Бор

Литература

• А. Чабак, А. Полевой «Изотопы в реакторостроении»