Нейтронная фізіка

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Ядзерная фізіка
CNO Cycle.svg
Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя
Гл. таксама «Фізічны партал»


Нейтронная фізіка — раздзел фізікі элементарных часціц, які займаецца даследаваннем нейтронаў, іх уласцівасцей і структуры (часу жыцця, магнітнага моманту і інш.), метадаў атрымання, а таксама магчымасцямі выкарыстання ў прыкладных і навукова-даследчых мэтах.

Фізіка[правіць | правіць зыходнік]

Нейтроны[правіць | правіць зыходнік]

Адсутнасць у нейтрона электрычнага зарада прыводзіць да таго, што яны ў асноўным ўзаемадзейнічаюць непасрэдна з атамнымі ядрамі, альбо выклікаючы ядзерныя рэакцыі, альбо рассейваючыся на ядрах. Характарыстыка і інтэнсіўнасць нейтронаў-ядзернага ўзаемадзеяння (нейтроннага сячэння) істотна залежаць ад энергіі нейтронаў. У нейтроннай фізіцы галоўным чынам выкарыстоўваюцца нейтроны з энергіямі ад 107 да 10−7 эВ (даўжыні хваль дэ Бройля ад 10−12 да 10−5 см). Адпаведна гэтаму дыяпазону энергій і даўжынь хваль даследуюцца аб'екты з памерамі ад 10−12 см і характэрнымі энергіямі ўзбуджэння 106 — 107 эВ (атамнага ядра) да бачных у аптычны мікраскоп аб'ектаў памерамі 10−4 см (напрыклад, макрамалекулы біяпалімераў).

Нейтроннае выпраменьванне ўмоўна падзяляюць на энергетычныя дыяпазоны, якія адрозніваюцца метадамі атрымання і рэгістрацыі нейтронаў, а таксама напрамкамі іх выкарыстання:

Нейтроны Энергія Ε, эВ Хуткасць v, см/с Сяр. даўжыня хвалі λ, см Сярэдняя тэмпература Τср, К
Хуткія
> 105
> 1,4×109
< 10−12
1010
Павольныя
Прамежкавыя
104−103
1,4×103
3×10−11
108
Рэзанансныя
0,5−104
1,4×107
3×10−10
106
Цеплавыя
0,5−5×10−3
2×105
2×10−8
300
Халодныя
5×10−3−10−7
4,4×104
9×10−8
10
Ультрахалодныя
10−7
4,4×102
9×10−6
10−3

Нейтроны з кінетычнай энергіяй E>100 кэВ называюцца хуткімі. Яны могуць няпругка рассейвацца на ядрах і выклікаць эндатэрмічныя ядзерныя рэакцыі, напрыклад (n, α), (n, 2n), (n, pn). Сячэнні гэтых рэакцый параўнальна плаўна залежаць ад E (вышэй характэрнага для іх энергетычнага парога), і іх даследаванне дазваляе вывучаць механізм размеркавання энергіі ўзбуджэння паміж нуклонамі, што складаюць ядро.

Нейтроны з энергіяй E<100 кэВ часта называюцца павольнымі, яны ў сваю чаргу дзеляцца на рэзанансныя і прамежкавыя. Павольныя нейтроны ў асноўным пругка рассейваюцца на ядрах або выклікаюць экзотермические ядзерныя рэакцыі, у першую чаргу радыяцыйны захоп (n, γ), рэакцыі тыпу (n, p), (n, α) і дзяленне ядраў. Рэакцыі ³He (n, p) ³H; 10B (n, α) 7Li выкарыстоўваюцца для рэгістрацыі нейтронаў; другая з іх — таксама для абароны ад нейтроннага выпраменьвання.

Назва «рэзанансныя нейтроны» абумоўлена наяўнасцю рэзанансных максімумаў (нейтронных рэзанансаў) у энергетычнай залежнасці эфектыўнага сячэння σ(E) ўзаемадзеяння нейтронаў з рэчывам. Даследаванні з рэзананснымі нейтронамі даюць магчымасць вывучаць спектр ўзбуджэння ядраў. У вобласці энергіі прамежкавых нейтронаў рэзанансная структура нейтронаў сячэння згладжваецца з-за перакрыцця суседніх рэзанансаў. Сячэнне любой ядзернай рэакцыі, выкліканае досыць павольнымі нейтронамі, адваротна прапарцыянальнае іх хуткасці. Гэтая суадносіна называецца «законам 1/v». Адхіленне ад гэтага закона назіраецца, калі E становіцца параўнальнай з энергіяй першага рэзананснага ўзроўню.

Атрыманне[правіць | правіць зыходнік]

Практычна ва ўсіх нейтрон-фізічных даследаваннях выкарыстоўваюцца пучкі монаэнергетычных нейтронаў са ступенню монахраматызацыі ~ 10−2. Інтэнсіўныя пучкі хуткіх нейтронаў атрымліваюцца на паскаральніках зараджаных часціц у ядзерных рэакцыях (p, n) і (d, pn). Энергія нейтронаў Е змяняецца пры вар'іраванні энергіі першасных зараджаных часціц, якія падаюць на мішэнь.

Павольныя нейтроны таксама могуць быць атрыманы на ўсіх тыпах паскаральнікаў, у тым ліку на электронных паскаральніках ў выніку рэакцый (γ, n) пры апрамяненні мішэней на цяжкіх элементах γ-квантамі тармазнога выпраменьвання электронаў. Хуткія нейтроны, якія атрымліваюцца, могуць быць замаруджаны. Звычайна для гэтага выкарыстоўваецца вадародзмяшчаючыя рэчывы (вада, парафін і іншыя), у якіх нейтроны губляюць сваю энергію, рассейваючыся на ядрах вадароду. Аднак пасля запаволення нейтроны не монаэнергетычныя.

Для атрымання монаэнергетычных нейтронаў ужываюць метад часу пралёта, для якога неабходны імпульсныя крыніцы нейтронаў. У кожны момант часу t пасля імпульсу нейтронаў на дэтэктар, аддалены ад крыніцы на адлегласць L, прыходзяць нейтроны з энергіяй, якая вызначаецца суадносінамі

дзе энергія выказана ў электронвольт, адлегласць — у метрах, час — у мікрасекунды.

Магутныя крыніцы цеплавых нейтронаў — ядзерныя рэактары ствараюць ўнутры запавольнікаў патокі цеплавых нейтронаў да 1015 нейтронаў/(см²×с). Монаэнергетычныя цеплавыя нейтроны атрымліваюць на монакрышталях. Для атрымання халодных нейтронаў выкарыстоўваюцца запавольнікі, якія ахалоджваюць да тэмпературы вадкага азоту і нават вадкага вадароду (20 К). Ультрахалодныя нейтроны выводзяцца з запавольніка рэзка выгнутымі вакуумнымі нейтронаводамі.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]