Взаимодействия нейтронов с веществом в ядерных реакциях

Суммарная энергия системы нейтрон + ядро до взаимодействия не равна энергии системы после взаимодействия

Они заключаются в захвате нейтронов ядром и последующей трансформации ядра. Главным образом это ядра урана, тория, плутония. Трансформация может заключаться в испускании ядром какой-либо частицы (или нескольких частиц), гамма ‑кванта или завершаться делением ядра.

В процессе деления не только высвобождается более одного нейтрона, но и выделяется энергия около 200 МэВ на один акт деления. Большинство продуктов деления радиоактивны с различными периодами полураспада. Благодаря процессу деления ядер под воздействием нейтронов имеется возможность мирного использования ядерной энергии в народном хозяйстве.

Примеры ядерных реакций, протекающих под действием нейтронов, приведены в таблице 1.

Описанные процессы имеют большое значение для разработки методов регистрации нейтронного излучения. Так, для тепловых нейтронов велико сечение реакции радиационного захвата нейтронов ядром. Поэтому для них характерна реакция (n, γ). Широко используются в дозиметрических измерениях и реакции типа (n, a), приведенные в таблице. Они основаны на регистрации альфа-частиц, рождающихся при бомбардировке нейтронами ядер бора-10 и лития-6.

Таблица 1- Примеры ядерных реакций, протекающих с участием нейтронов

Тип реакции	Примечание
Радиационный захват (n,g)	Идет на всех ядрах, кроме 2He^3 и 2He^4. Сечение для тепловых нейтронов от 0,1 до 10^6 барн, для быстрых – от 0,1 до нескольких барн. Примеры: n + 48Cd^113 ® 48Cd^114 + g + 9,04 МэВ n + 54Xe^135 ® 54Xe^136 + g + 7,91 МэВ
(n, p)	Примеры: n + 2He^3 ® 1H^3 + p + 0,76 МэВ (сечение реакции для тепловых нейтронов 5400 барн) n + 7N^14 ® 6C^14 + p + 0,63 МэВ (сечение реакции для тепловых нейтронов 1,75 барн)
(n, a)	Примеры: n + 3Li^6 ® 1H^3 + a + 4,78 МэВ (сечение реакции для тепловых нейтронов 945 барн) n + 5В^10 ® 3Li^7 + a + 2,79 МэВ (сечение реакции для тепловых нейтронов 3840 барн)
(n, 2n)	Идет на многих ядрах. Характерна для быстрых нейтронов. Сечение реакции –десятые доли барн.
Деление (n, f)	Сечение очень мало, за исключением нескольких ядер, таких как 92U^235, 92U^233, 92U^238, 94Pu^239 и др.

Доминирующие процессы взаимодействия нейтронов с поглощающим веществом для различных групп нейтронов:

быстрые нейтроны	упругое рассеяние, хотя возможны со значительно меньшей степенью вероятности и неупругое рассеяние, ядерные реакции, радиационный захват.
сверхбыстрые нейтроны	возрастает роль неупругого рассеяния по сравнению с упругим, существенный вклад дают ядерные реакции.
промежуточные нейтроны	наиболее характерным является неупругое рассеяние, а также радиационный захват.
тепловые нейтроны	радиационный захват. Вероятность этого процесса возрастает с уменьшением энергии (скорости) нейтронов

При всех процессах взаимодействия нейтронов с веществом образуются

- заряженные частицы — ядра отдачи, α-частицы, протоны, дейтроны и т.д., непосредственно производящие ионизацию

- γ-излучение, которое также производит ионизацию в результате вторичных процессов.

Для быстрых нейтронов сечение реакций захвата мало. Здесь более характерны процессы рассеяния. Поскольку образующиеся при этом ядра отдачи обладают большой ионизирующей способностью, то этот механизм может быть использован для разработки методов регистрации нейтронов. Другой метод основан на их предварительном замедлении нейтронов в слое легкого материала (полиэтилен, органическое стекло и т.п.) с последующей их регистрацией как тепловых.

Дата добавления: 2014-01-20