Взаимодействие нейтронного излучения с веществом

Нейтроны не имеют электрического заряда и поэтому не взаимодействуют с электрическим полем атома. Нейтрон без затруднений достигает ядра атома и в зависимости от энергии может вступать в различные ядерные реакции. Нейтроны обладают весьма широким диапазоном энергий - от долей до десятков миллионов электрон - вольт.

Табл. 2.3 Классификация нейтронов.

Условное наименование	Энергетический диапазон нейтронов
Медленные: ультрахолодные холодные тепловые надтепловые Промежуточные Быстрые Сверхбыстрые	En< 1кэВ En< 10^-7кэВ 10^-7 эВ<En<5 10^-3 эВ 5 10^-3 эВ<En<0,2эВ 0,2 эВ<En<1кэВ 1 кэВ<En<0,2 МэВ 0,2МэВ<En<20 МэВ En>20 МэВ

Рассмотрим основные типы ядерных взаимодействия нейтронов.

1. Упругое рассеяние на ядрах. Быстрые нейтроны рассеиваются на ядрах на некоторый угол, теряя при этом часть своей энергии подобно столкновению бильярдных шаров. Полная кинетическая энергия системы «нейтрон – ядро» остается неизменной. Ядра отдачи покидают атом и могут произвести ионизацию атомов среды. Такое взаимодействие нейтронов с ядрами вещества принято называть упругим рассеянием. Чем меньше масса ядер вещества – поглотителя, тем большую энергию нейтроны теряют в процессе упругого рассеяния. Оно может повторяться до тех пор, пока энергия нейтрона не станет тепловой. Поэтому в качестве замедлителей нейтронов применяют водородосодержащие вещества – воду, парафин, бор.

2. Неупругое рассеяние на ядрах. При этом процессе взаимодействия нейтроны захватываются, передают часть своей кинетической энергии ядрам, которые переходят в возбужденное состояние. Переход ядер в основное состояние сопровождается испусканием гамма – квантов и нейтронов с меньшей энергией.

3. Поглощение (радиационный захват). При достаточной тепловой скорости нейтрон может быть захвачен ядром, которое переходит при этом в возбужденное состояние. Переход ядра в этом случае в основное состояние происходит путем испускания одного или нескольких гамма - квантов. В отличие от неупругого рассеяния при радиационном захвате нейтрона наряду с испусканием гамма - кванта образуется ядро изотопа исходного элемента, который может быть стабильным или радиоактивным. Радиационный захват может происходить при любой энергии нейтрона и на любых ядрах, но более вероятен на медленных нейтронах и тяжелых ядрах.

В процессе взаимодействия быстрых нейтронов с ядром, в зависимости от энергии нейтронов и сечения активации, возможны различные ядерные реакции в результате которых образуются ядра других элементов, отличных от исходного - искусственных изотопов. Активация ядер под действием нейтронов широко используется для получения искусственных радиоактивных источников.

Также при захвате нейтрона ядра некоторых тяжелых элементов (урана, плутония) способны делиться на два новых ядра (осколки) и образованием в среднем около 2,5 новых нейтронов. Делятся не все ядра, а только ядра тяжелых элементов, начиная с тория.

Вероятность того или иного из указанных выше процессов определяется энергией нейтронов, атомным весом элементов и сечениями взаимодействия. Быстрые нейтроны в основном испытывают упругие и неупругие рассеяния, а тепловые и медленные нейтроны в основном захватываются ядрами атомов.

Глава 3.ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ НОРМИРОВАНИЕ

Дозиметрия – прикладная область радиационной физики, которая при помощи радиационных измерений изучает характеристики поля излучения в целях радиационной безопасности.

Дата добавления: 2014-01-06