I. Радиационный захват нейтрона.

Одним из самых распространенных видов ядерных реакций под действием нейтронов являются реакции вида (n, γ) – радиационный захват:

(A, Z) + n → (A + 1, Z) + γ (8),

в результате которых образуется изотоп (A + 1, Z).

В реакции радиационного захвата выделяется энергия, равная энергии связи нейтрона в образовавшемся ядре (порядка нескольких МэВ). Так как образовавшийся изотоп обладает, как правило, множеством уровней, при этом могут испускаться несколько гамма-квантов. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому такие гамма-кванты называют мгновенными. После испускания мгновенных гамма-квантов ядро переходит в основное состояние.

Величины сечения радиационного захвата тепловых нейтронов различными ядрами отличаются на много порядков: от микробарн до нескольких тысяч барн. Реакции радиационного захвата широко используются для детектирования нейтронов.

Образовавшийся в результате радиационного захвата изотоп часто оказывается β ^—радиоактивным, т.е. распадающимся по схеме

(9)

Процесс образования радиоактивных ядер называется активацией. При этом возможны переходы в возбуждённые состояния ядра с последующим испусканием гамма-квантов. Регистрируя эти гамма-кванты можно определить какие ядра захватили нейтрон. Время испускания определяется периодом полураспада нестабильного ядра и варьируется от секунд до нескольких лет. В настоящее время разработаны высокоэффективные полупроводниковые детекторы гамма-квантов, имеющие хорошее разрешение (порядка 1.8 кэВ для линии ⁶⁰Со 1173.2 кэВ). Этот процесс используется для определения малых примесей целого ряда элементов в различных образцах. Нейтронный активационный анализ находит широкое применение в экологических исследованиях, а также в исследованиях геологических образцов и т. д.

II. Реакции с образованием протонов.

Под действием нейтронов с энергией T_n ≈ (0, 5÷ 10) МэВ часто идет реакция вида (n, p):

(A, Z) + n → (A, Z - 1) + p, (10)

Обычно (n, p)-реакции имеют Q > 0, а если Q < 0, то │ Q│ ≈ 1 МэВ. Однако для того чтобы образующийся протон мог преодолеть кулоновский барьер при вылете из ядра, нейтрон должен иметь достаточно большую энергию.

Примерами (n, p)-реакций являются пороговая реакция

,

у которой Q ≈ -0, 92 МэВ, и реакция

,

имеющая Q ≈ 0, 6 МэВ и идущая даже от тепловых нейтронов (так как барьер легкого ядра для образующихся протонов относительно невысок).

Хорошо изучена и широко применяется в нейтронных счётчиках реакция захвата . Сечение этой реакции для тепловых нейтронов равно 5327 б.

III. Реакции с образованием α -частиц.

Очень широко используются в ядерной физике реакции вида (n, α)

для эффективного протекания (n, α)-реакций также нужны нейтроны с энергиями от 0, 5 до 10 МэВ. Однако в некоторых случаях энергия реакции оказывается настолько велика, а кулоновский барьер настолько мал, что реакция с большой вероятностью идет на тепловых нейтронах.

Примером таких реакций являются

, Q = 4, 5 МэВ

Li⁷+ , Q = 2, 8 МэВ,

которые используются для регистрации тепловых нейтронов (применяются ионизационные камеры с литиевым покрытием, счетчики, наполненные газообразным соединением BF₃ или изготовленные из борного стекла и т.п.).