Наблюдение и измерение нейтронов

 

Ни один из описанных методов не может быть непосредственно применен к нейтронам. Однако, заряженные частицы, вызываемые нейтронами, дают возможность и в этом случае использовать электрические методы. Заряженные частицы образуются нейтронами в результате упругих соударений с ядром и ядерных реакций. Как уже говорилось, быстрый нейтрон, проходя сквозь вещество, иногда приближается к атомному ядру настолько близко, что сообщает ему большой импульс и энергию. Ядро при этом становится быстрой заряженной частицей, способной вызвать ионизацию в ионизационной камере, счетчике или камере Вильсона. Если скорость мала (тепловые нейтроны), ядро, воспринявшее удар, не будет обладать энергией, достаточной для ионизации. Однако, тепловой нейтрон при своем поглощении может вызвать расщепление ядра с выделением энергии и ионизацией. Таким образом, для обнаружения быстрых нейтронов имеется выбор между упругим столкновением и ядерной реакцией; для обнаружения же тепловых нейтронов могут служить лишь вызываемые ими ядерные превращения.

Наиболее употребительной реакцией является ₅B¹⁰(n, α)₃Li⁷. Выделяющиеся в ней 2, 5 MeV энергии, которые распределяются между α -частицей и ядром ₃Li⁷ достаточны для осуществления ионизации. Превращение ядра бора под действием нейтрона происходит в ионизационной камере или пропорциональном счетчике, наполненных газообразным трехфтористым бором.

Один из наиболее ценных методов измерения плотности нейтронов при помощи ядерных реакций связан с искусственной радиоактивностью. Листочек фольги из материала, который делается радиоактивным под действием бомбардировки нейтронами, помещается в то место, где желательно измерить интенсивность нейтронов. Через определенный промежуток времени листочек удаляется, и его активность измеряется электроскопом или счетчиком. Степень вызванной в нем активности служит мерой количества нейтронов, которые были поглощены. Недостаток этого способа в том, что он не дает мгновенного показания, как ионизационная камера или счетчик.

Одним из самых интересных методов, разработанных при осуществлении Проекта, является использование реакции деления урана для обнаружения нейтронов. При помощи разделенных изотопов урана можно регистрировать отдельно быстрые и медленные нейтроны.

Так как вероятность взаимодействий нейтрона с ядром различна для каждой реакции и зависит от скорости нейтрона, перевод отсчетов или измерений тока в числа и скорости нейтронов значительно труднее, чем для других ядерных частиц. Не следует удивляться, если два искусных исследователя дают различные значения для одной и той же ядерной постоянной. Лишь путем тщательного сравнения и истолкования ряда тонких и взаимно связанных экспериментов удается отделить основные факты от случайных погрешностей опытов.

 

 

Приложение 2. Единицы массы, заряда и энергии

 

МАССА

 

Так как протон и нейтрон являются основными частицами, из которых состоят ядра, казалось бы естественным массу одной из них принять за единицу массы. Выбор, вероятно, пал бы на протон, ядро атома водорода. Существуют веские причины, исторические и другие, почему не был выбран ни протон, ни нейтрон. Вместо этого, за единицу массы в атомной и ядерной физике была принята одна шестнадцатая массы преобладающего изотопа кислорода, O¹⁶, которая равна 1,6603·10^-24 г. Масса протона, выраженная через эту единицу, равна 1,00758, а масса нейтрона 1,00893. (Химики обычно применяют слегка отличающуюся от этой единицу массы).

 

ЗАРЯД

 

Единицей электрического заряда в науке о ядре принято считать положительный заряд протона. Этот заряд по величине равен заряду электрона, но противоположен ему по знаку, и часто называется зарядом электрона. Заряд электрона равен 1,60·10^-19 кулонов. Вспомним, что ток силою в один ампер, протекая в течение одной секунды, переносит заряд в один кулон; значит, заряд электрона равен 1,60·10^-19 ампер-секунд.

 

ЭНЕРГИЯ

 

За единицу энергии в ядерной физике принят электрон-вольт (eV), который определяется как кинетическая энергия, которую частица с зарядом электрона приобретает при свободном движении в поле с падением потенциала в один вольт. Часто удобнее применять в миллион раз большую единицу мегаэлектрон-вольт (MeV).

Соотношения между электрон-вольтом и другими общепринятыми единицами энергии даны в следующей таблице:

 

ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА ЕДИНИЦ ЭНЕРГИИ

Приложение 3. Запаздывающие нейтроны при делении урана

 

Как отмечалось в главе VI, управление котлом значительно облегчается благодаря тому, что часть нейтронов, освобождаемых при делении урана, испускается только по прошествии более одной секунды с момента деления. Важно было изучить это явление экспериментально. Такие эксперименты были описаны Снеллом, Недзелем и Ибсером в докладе от 15 мая 1942 г., из которого мы приводим следующую выдержку:

«Данный эксперимент состоит из двух взаимно связанных частей одной, относящейся к кривой распада, и другой к интенсивности запаздывающих нейтронов, выраженной через интенсивность „мгновенных“ нейтронов деления.