Б) Взаимодействие нейтронов с веществом

1) Упругое рассеяние заключается в том, что нейтрон, обладающий определенным запасом энергии, при столкновении с ядром атома передает ему часть энергии, а сам изменяет направление своего движения. Суммарная энергия нейтрона и ядра до и после взаимодействия не изменяется, причем, чем больше масса неподвижного ядра по сравнению с массой движущегося нейтрона, тем меньшая доля энергии будет ему передана при столкновении. При равных массах сталкивающихся объектов (например, с ядром водорода) движущееся тело (в данном случае нейтрон) будет терять в среднем половину своей энергии. Ядро атома, получившее дополнительную энергию ("ядро отдачи"), покидает свои электронные оболочки и, обладая положительным зарядом, производит ионизацию. В процессе упругого рассеяния энергия нейтрона последовательно уменьшается и достигает значения, равного примерно 0,025 эВ, что соответствует энергии теплового движения атомов и молекул среды. В связи с этим такие нейтроны называются тепловыми. В последующем происходит реакция радиационного захвата - поглощение теплового нейтрона ядром одного из атомов среды с выделением избытка энергии в виде гамма-излучения и образованием изотопа исходного нуклида, как правило, радиоактивного.

2) Неупругое рассеяние происходит путем поглощения нейтрона ядром, но с последующей ядерной реакцией того или иного типа с выделением a-частицы или протона и образованием ядра нового нуклида. После поглощения нейтрона ядром возможна также реакция с выделением нейтрона меньшей энергии, g-излучения и образованием ядра исходного нуклида.

Вероятность того или иного типа взаимодействия зависит от энергии нейтронов и характера ядер атомов облучаемой среды. По уровню энергии нейтроны условно могут быть разделены на:

· медленные: холодные, тепловые и надтепловые (с энергией от 0,025 до нескольких эВ);

· резонансные (до 500 эВ);

· промежуточные (0,5 эВ - 0,5 МэВ);

· быстрые (быстрые, очень быстрые и сверхбыстрые) с энергией от 0,5 до 300 МэВ и более.

Разной энергии соответствует и разная скорость полета, которая у медленных (тепловых) нейтронов составляет около 2200 м/с, тогда как скорость нейтронов с энергией в 1 МэВ достигает 14000 км/с.

Для нейтронов с энергией от 200 кэВ до 20 МэВ доминирующим является упругое рассеяние, эффективность которого в отношении потери энергии нейтронами находится в обратной зависимости от массы ядер атомов облучаемой среды. Так, при каждом акте упругого рассеяния на ядрах водорода нейтрон теряет в среднем 50% энергии, на ядрах углерода (более тяжелого нуклида) - от 14 до 17%.

Для того чтобы быстрый нейтрон с энергией в 1 МэВ стал тепловым (медленным) с Еn = 0,025 эВ, необходимо, чтобы в течение 10^-6с произошло его столкновение с 25 ядрами водорода, 100 ядрами углерода или с 2100 ядрами урана. В связи с этим в качестве замедлителей быстрых нейтронов используют материалы, содержащие преимущественно легкие элементы (водород, бор, углерод и другие). Чаще всего в качестве таких материалов применяют воду, пластмассы, парафин.

Для нейтронов с энергией 0,5 эВ - 200 кэВ, наиболее характерно неупругое рассеяние, происходящее, как правило, на ядрах атомов элементов середины и конца Периодической системы Д.И.Менделеева.

Тепловые нейтроны с энергией до 0,5 эВ подвергаются главным образом радиационному захвату, причем ядра атомов ряда химических элементов отличаются избирательно высокой способностью поглощать тепловые нейтроны (бор, бериллий, кадмий, европий и некоторые другие), что используется в построении биологической защиты и системах управления ядерным реактором.

Нейтрон также может вызывать ядерные реакции, о которых говорилось ранее. Так одной из разновидностей реакций с участием нейтронов является реакция размножения нейтронов:

₂₆Fe⁵⁶ + n à ₂₆Fe⁵⁵ + 2n или ₄₇Ag¹⁰⁷ + n à ₄₇Ag¹⁰⁶ + 2n.

Вылетевшие нейтроны могут попасть в другие ядра, снова выделятся нейтроны и т.д., то есть реакция может принять цепной характер. На подобных реакциях основано устройство нейтронной бомбы.

Для захвата с испусканием частиц характерно наличие энергетического барьера Е_пор, ниже которого сечение реакции равно нулю. Порог этот довольно высокий и поэтому данный тип реакции характерен для быстрых нейтронов.

Поиск по сайту: