ГЛАВА VII. Основы физики нейтронов

 

Нейтронные пучки внесли значительный вклад в выяснение свойств и структуры атомных ядер. Поэтому перед рассмотрением ядерных реакций, коротко остановимся на методах получения нейтронных потоков и некоторых других вопросах.

Часто в нейтронных экспериментах используются источники нейтронов, основанные на применении радиоактивных препаратов.

1. Например, α – Be источники нейтронов представляют смесь α – активного вещества - - с порошкообразным Be. В результате эндотермической реакции , такие источники испускают n.

(Ra – Be) – источники практически постоянны, т.к. период полураспада Ra=1622 годам, а (Po – Be) – источник имеет τ=138 суток и поэтому интенсивность его уменьшается с уменьшением активности. Энергетический спектр n непрерывный, распространяется до 10.5Мэв (Po – Be).

2. Применяются также и фотонейтронные источники, где используются порговые реакции фоторасщепления γ, n ядер Be⁹(1.6 Мэв) и H² (2.2 Мэв). Это ампула с источником γ-излучения, помещенная в бериллиевую сферу. Преимущество их в том, что дают они нейтроны с более определенной энергией, а недовтаток – малая интенсивность n-потока и наличие сильного фона γ-излучения.

Общим недостатком источников с радиоактивным препаратом является немоноэнергетичность нейтронного пучка. В настоящее время для получения однородных по энергиям нейтронов используются ядерные реакции ускоренными заряженными частицами.

1. Например, с помошью эндотермической реакции протонов на тритии (H³) получают n c энергиями от Кэв до 3 Мэв.

H¹+ H³→ Hе³+n+Q, Q=0.764Мэв.

2. Энергию нейтронов можно определить из законов сохранения энергии и импульса. Для получения n в этом же диапазоне энергий часто применяют реакцию

Li⁷+ H¹→Be⁷+n – 1.64 Мэв

3. Нейтроны с энергией от 2,5 до 6 Мэв и от 14 до 17 Мэв получают с помошью эндотермических реакций D(d, n)He³ и T(d, n)He⁴

Мэв

Мэв

4. Для получения быстрых n используется реакция

(Q=+15 Мэв)

(Q=+4.3 Мэв)

5. Нейтрон с непрерывным энергетическим спектром до 9 Мэв с максимумом около 0,7 Мэв можно получить при делении ядра U²³⁵ на два неравных осколка, а это происходит, когда U²³⁵ поглощает медленные нейтроны, получаемые в современных ядерных реакторах. При делении испускаются вторичные n.

6. Для получения n больших энергий ~ 100Мэв используются ускоренные на циклических ускорителях дейтроны.

При комнатной температуре энергия теплового движения атомов и молекул вещества близка к 0,025 Мэв. Нейтрон снизивщий энергию до этого значения дальше замедляется, приходит в тепловое равновесие со средой и называется тепловым.

Источником тепловых n являются тепловые колонны из графита. Спектр их имеет широкий max, а для исследования ядерных реакций нужны тепловые нейтроны определенных энергий. Поэтому остановимся на устройствах, дающих определенной энергии нейтроны.

 

Нейтронные монохроматоры

В случаях, когда для исследований нужны нейтроны с энергиями лежащими в узком интервале, можно применять в качестве монохроматоров механические селекторы.

Механический селектор представляет набор кадмиевых дисков, насаженных на расстоянии α друг от друга на общую ось, вращаемую с постоянной угловой скоростью. В дисках есть радиальные прорези, смещенные у соседних дисков на угол α. Так как кадмий поглощает до 98% тепловых n (даже толшиной 1 мм) через прорези дисков пройдут только те n скорость, которых удовлетворяет условию

, где - угловая скорость системы или .

При этом условии время полета нейтрона между дисками равно времени повората диска на угол .

Механический селектор из кадмиевых дисков пригоден для нейтронов с энергиями, не превышающими 0,3 эв, т.к. меньше энергии они поглощают, а для быстрых нейтронов они прозрачны. Монохроматизацию нейтронов можно осуществить и с помошью дифракции на кристаллической решетке. Если направить на кристалл пучок n, то под Брэгговским углом , будет наблюдаться дифракционный максимум первого порядка. Например, для кристалла с d=2.32 при угле 3,5^° будут выделены n c энергией 1эв.

В области высоких энергий моноэнергетические n можно выделить радиотехническими методами, основаными на фиксировании времени пролета нейтронами некоторого заданного расстояния.