Взаимодействие нейтронов с веществом

Вследствие того, что нейтроны не имеют заряда, а масса их много больше массы электронов, они обладают большой проникающей способностью и теряют свою энергию практически только при соударении с ядрами атомов. При этом возможно упругое и неупругое рассеяние нейтронов на ядрах.

Нейтронное излучение опасно вследствие своей высокой проникающей способности и возможности вызвать в живых организмах наведенную радиоактивность.

В зависимости от энергии различают сверхбыстрые, быстрые, промежуточные, медленные и тепловые нейтроны.

Сверхбыстрые нейтроны. Такие нейтроны получают в ядерных реакторах или они возникают при ядерных взрывах. Энергия их составляет 10¸50 МэВ. При взаимодействии с тяжелыми элементами сверхбыстрые нейтроны вызывают деление их ядер (Рис. 0.4). При этом образуются сильно возбужденные ядра. В результате нарушения соотношения протонов и нейтронов в ядрах уменьшаются силы ядерного сцепления, и нуклоны под действием сил отталкивания расходятся к противоположным полюсам. Ядро деформируется, в центре образуется перетяжка, и оно расщепляется на два-три осколка. Во время каждого акта деления высвобождается колоссальная энергия (около 200 МэВ) и вылетает два-три свободных нейтрона, которые способны вызвать деление других ядер. Так возникает цепной процесс деления ядер.

Из большого числа ядерных осколков и их дочерних продуктов интерес для радиоэкологии представляют в первые месяцы после ядерного взрыва ¹³¹J, ¹⁴⁰Ba, ⁸⁹Sr, а в последующем ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs.

Быстрые нейтроны. Такие нейтроны также образуются в результате ядерных реакций деления или синтеза. Энергия их превышает 100 кэВ. При соударении с ядрами атомов быстрые нейтроны передают им часть своей энергии, образуя быстролетящие ядра (ядра отдачи). Ядра отдачи, как и все заряженные частицы, тратят свою энергию на ионизацию среды. Доля передаваемой ядру энергии возрастает с уменьшением массы ядра. Так, при соударении нейтронов с ядрами водорода, т. е. с протонами, им передается в среднем до 60 % энергии нейтрона, так как массы этих частиц практически равны. Поэтому быстрые нейтроны хорошо замедляются легкими веществами, содержащими много атомов водорода, такими, как вода, парафин, ткань, и свободно проходят через большие толщины тяжелых веществ (свинец и др.). При взаимодействии с ядрами нейтроны постепенно замедляются вплоть до тепловых скоростей, т. е. до скоростей движения молекул среды.

Промежуточные нейтроны. Энергия таких нейтронов 1¸100 кэВ. Они чаще взаимодействуют с веществом по типу упругого рассеяния.

Медленные и тепловые нейтроны. Энергия медленных нейтронов не превышает 1 кэВ. В отличие от быстрых нейтронов медленные захватываются ядрами атомов, в результате чего образуются новые стабильные или радиоактивные изотопы. В водород содержащих веществах ядра водорода захватывают медленные нейтроны и превращаются в ядра тяжелого водорода – дейтерия. Радиационный захват нейтронов сопровождается испусканием жестких гамма-квантов с энергией, равной 2,18 МэВ.

.

Энергия тепловых нейтронов достигает 0,025 эВ. Тепловые нейтроны, так же как и медленные, захватываются поглощающей средой.

Для защиты от нейтронов с низкой энергией необходимо использовать кроме поглотителя (вода, бор или кадмий) и экран из тяжелого материала (свинец, барий) для ослабления гамма-излучения.

Дата добавления: 2014-01-05