![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Классификация нейтронов по энергиям.
Как правило, нейтронные источники содержат замедлители и, хотя рождаются нейтроны с энергиями 1-2 МэВ и больше, после замедления спектр нейтронов имеет типичный вид, представленный на рис. Рис. Спектр нейтронов, испускаемых реактором.
Нейтроны различных энергий можно разделить на группы. Деление производят, учитывая особенности взаимодействий в определенных областях энергий. Хотя эти различные области могут сливаться друг с другом и даже перекрываться, такое деление по категориям очень удобно и часто необходимо для понимания некоторых специальных типов взаимодействий. Быстрые нейтроны, замедленные до средней энергии атомов среды, называют тепловыми нейтронами. Энергия и соответствующие скорости нейтронов зависят от температуры среды. Нейтроны с энергиями, равными энергии теплового движения атомов среды, и есть тепловые: Tтепл = kT, (11) где k =1.38∙ 10-5 эВ∙ К-1– постоянная Больцмана; T – абсолютная температура. При комнатной температуре (T ≈ 293 K) наиболее вероятная скорость теплового движения нейтронов равна 2, 200*105 см/сек, а соответствующая ей энергия теплового движения kT ≈ 0, 0253 эВ (средняя тепловая энергия частицы равна 3/2kT). Последующие соударения тепловых нейтронов с ядрами вещества не приводят к дальнейшему замедлению нейтронов, так как они с равной вероятностью могут как потерять, так и приобрести энергию порядка kT (все ядра вещества имеют энергию такого порядка). Поэтому при последующих соударениях тепловые нейтроны только перемещаются – диффундируют в веществе (с сохранением в среднем энергии теплового движения) до тех пор, пока не поглотятся каким-либо ядром или не вылетят за пределы замедлителя. В результате в замедлителе будет происходить накопление тепловых нейтронов. Спектр нейтронов в замедлителе должен быть близок к максвелловской кривой с приподнятым правым крылом (из-за непрерывно поступающих в замедлитель быстрых нейтронов). Расчет показывает, что спад числа нейтронов при больших энергиях должен происходить по закону 1/E (спектр Ферми). Нейтроны, энергия которых превышает энергию 0.5 - 1 эВ, называются эпитепловыми (надтепловыми) или резонансными. Нейтроны, энергия которых много меньше тепловой (левая часть кривой), называются холодными. Все нейтроны с Tn> 0, включая холодные, тепловые и надтепловые, называются медленными. Верхняя граница спектра медленных нейтронов довольно условна. Иногда ее «дотягивают» до 104-105 эв. Иногда же, наоборот, даже нейтроны с энергией Tn> 104 называют быстрыми. В области энергий от 1 до сотен килоэлектронвольт различные ядра сильно поглощают нейтроны при вполне определенных энергиях. Это поглощение называется резонансным, а нейтроны, имеющие соответствующие энергии, - резонансными нейтронами. В области более высоких энергий классификация нейтронов по энергии определена менее строго. Обычно быстрыми нейтронами называют те, которые попадают в область от 0, 5 до 10-20 МэВ. Особое место занимают исследования с ультрахолодными нейтронами. УХН обладают свойством отражаться от поверхностей многих веществ. Они были обнаружены в экспериментах, проведённых в ЛНФ ОИЯИ (Дубна) под руководством Ф.Л. Шапиро в 1968 г. Удивительные свойства УХН позволяют с высокой точностью изучать фундаментальные характеристики нейтрона: период полураспада, дипольный момент и т.д. В настоящее время в мире существует целый ряд интенсивных источников УХН.
Пусть мишенью является ядро золота, расположенное внутри объема пространства кубической формы с длиной ребра 1 см (рис. 1), и на одну из граней этого кубика под углом 90о в единицу времени (1 сек) падает
Очевидно, σ t имеет размерность площади (см2). Рис. 1. К понятию “эффективное сечение” Происхождение словосочетания “поперечное эффективное сечение” можно пояснить следующим примером. При механическом соударении двух шаров, из которых один покоится внутри единичного кубического объема, а о другом известно лишь то, что он падает нормально на грань этого кубика и имеет размеры незначительные по сравнению с размерами покоящегося шара, вероятность соударения шаров численно равна площади поперечного сечения s покоящегося шара, т.е. σ = s. Для взаимодействий, не являющихся механическими (контактными), σ - эффективная площадь, характеризующая вероятность конкретного процесса. Она может быть как больше геометрической площади (например, кулоновское взаимодействие), так и меньше неё (слабое взаимодействие).
где σ t – уже определённое нами эффективное сечение взаимодействия частицы с ядром; n0 – число ядер мишени в единице объёма (в см-3); S – облучаемая площадь мишени (в см2); d – толщина мишени (в см); M – полное число ядер в облучаемой части мишени. Для количественного описания вероятности ядерной реакции используется эффективное сечение – дифференциальное (dσ /dΩ) и полное ( В случае взаимодействия нейтронов с толстой мишенью необходимо учесть ослабление потока нейтронов внутри мишени. Упругое рассеяние нейтронов. В результате реакции упругого рассеяния ядро остается в прежнем состоянии, а нейтрон сохраняет свою первоначальную кинетическую энергию в системе центра инерции (в л. с. к. сохраняется суммарная кинетическая энергия нейтрона и ядра). Можно выделить потенциальное и резонансное рассеяние. Сечение потенциального рассеяния слабо зависит от энергии нейтрона. Упругое рассеяние нейтронов очень широко используется для регистрации быстрых нейтронов методом наблюдения следов ядер отдачи (чаще всего протонов отдачи) в различных трековых приборах (камера Вильсона, ядерная фотоэмульсия, пузырьковая камера и др.), а также для регистрации ядер отдачи ионизационными методами (ионизационные камеры, счетчики).
|