![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Взаимодействие нейтронов с веществом.
Не обладая электрическим зарядом, нейтроны не испытывают действия зарядов электронов и ядер, поэтому характеризуются большой проникающей способностью. Взаимодействуют, в основном с ядрами атомов. В ядерной геофизике используются, в подавляющем большинстве, тепловые и надтепловые нейтроны с энергией до 100 эв. Для таких нейтронов характерны реакции: поглощения (радиационный захват нейтронов) и рассеяния (упругое и неупругое). Упругое рассеяние аналогично столкновению двух идеально упругих шаров: сумма энергий до и после рассеяния остается постоянной. Сечение упругого рассеяния σ р для большинства ядер в области энергий до 100 эв остается постоянной. Исключением является водород, имеющий наибольшее σ р среди основных породообразующих элементов.
Потеря энергии нейтрона при упругом рассеянии зависит от массы ядра-мишени М и угла рассеяния нейтрона. Энергия нейтрона до Е0 и после соударения Е с покоящимся ядром: Минимальное значение энергии при лобовом соударении (ψ = π) равно:
Отсюда следует, что наибольшая потеря энергии нейтрона наблюдается при соударении с ядром-мишенью с М=1, т.е. с ядром водорода. При лобовом соударении с водородом возможна полная потеря энергии нейтрона. Для сравнения: потеря энергии нейтрона при соударении с ядром кислорода составляет 11%; при соударении с ядром кремния – 6%. Благодаря высокому сечению рассеяния и большой потере энергии нейтрона, водород является аномальным замедлителем нейтронов. В теории чаще употребляется среднелогарифмическая потеря энергии на одно соударение, так называемый параметр замедления Неупругое рассеяние нейтронов. При этом взаимодействии кинетическая энергия нейтрона расходуется не только на создание отдачи ядра-мишени, но и на повышение его внутренней энергии, т.е. на возбуждение ядра. Энергия возбуждения в последующем высвобождается в виде γ -кванта. Спектр излучения γ -квантов для каждого элемента характерен, т.е. строго определен по энергиям γ -квантов. Неупругое рассеяние – поровая реакция, энергия порога Епор уменьшается с ростом массы ядра - от нескольких тысяч Кэв для легких ядер до 100 Кэв для тяжелых. Поэтому неупругое рассеяние происходит только с быстрыми нейтронами и преимущественно на тяжелых ядрах. Сечение неупругого рассеяния становится больше 0 при достижении нейтроном энергии выше Епор, при энергии 10-15 Мэв достигает максимального значения.
Полное сечение и пробеги нейтронов в веществе. Нейтроны, испускаемые источником и попавшие в горную породу, относительно быстро (за 10-4 ÷ 10-5 сек) замедляются в результате упругих и, частично, неупругих соударений. Большая часть нейтронов избегает поглощения в области высоких энергий, и захватывается ядрами по реакции радиационного захвата (n, γ), уже имея очень малую энергию (0.025эв). Распределение нейтронов в среде определяется нейтронными свойствами среды, главным образом массой ядер и сечением различных процессов. Полное сечение равно сумме сечений элементарных процессов: σ t = σ рз + σ ур + σ нр ≈ σ рз + σ ур, где индексы означают: t – суммарное сечение, ур – упругое рассеяние, нур – неупругое рассеяние, рз – радиационный захват. С целью уменьшения числа величин, характеризующих распределение нейтронов, вводится относительно небольшое число параметров, называемых нейтронными параметрами среды. Макроскопическое сечение ∑ равно произведению микроскопического сечения процесса σ на плотность ядер (атомов) среды ma: ∑ = σ ma = σ ρ NA / A, где NA –число Авогадро, ρ –плотность среды, А – атомный вес. Замедляющая способность среды, равная произведению макроскопического сечения рассеяния ∑ Р на параметр замедления ξ. Чем больше замедляющая способность среды ξ ∑ Р, тем быстрее происходит замедление нейтронов. Длина замедления нейтронов Среднее время жизни тепловых нейтронов в среде τ = λ з/v =1/v∑ з, где ∑ з – макросечение поглощения тепловых нейтронов, λ з =1/∑ з – путь нейтрона от точки замедления до точки поглощения (Lрз = 1/∑ з), v – кинетическая скорость теплового нейтрона, равная 2200 м/с. Полный пробег нейтрона в среде будет рассчитываться по формуле:
|