Нейтронная фізіка

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · Кропельная мадэль ядра · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · Састаўное ядро · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Ядзернае эфектыўнае сячэнне Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Кластарны распад Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · Двайны электронны захоп · Унутраная канверсія · Ізамерны пераход Выпраменьванні Нейтронны распад · Пазітронны распад · Пратонны распад · Фотарасшчапленне Захват Электронны захоп · Нейтронны захоп R · S · P · Rp Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · CNO-цыкл · Трайны альфа-працэс · Геліевая ўспышка · Гарэнне вугляроду · Вугляродная дэтанацыя · Гарэнне кіслароду · Гарэнне неону · Гарэнне крэмнію · Рэакцыі сколвання Зорны ядзерны сінтэз Ядзерны сінтэз у Вялікім выбуху Ядзерны сінтэз у звышновых Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

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

Нейтроны

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 нейтронна-ядзернага ўзаемадзеяння (нейтроннае сячэнне) 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	Скорасць 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 экзатэрмічныя 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 узбуджэння ядраў. У вобласці энергіі прамежкавых нейтронаў рэзанансная структура нейтроннага сячэння згладжваецца з-за перакрыцця суседніх рэзанансаў. Сячэнне любой ядзернай рэакцыі, выкліканае досыць павольнымі нейтронамі, адваротна прапарцыянальнае іх скорасці. Гэтая суадносіна называецца «законам 1/v». Адхіленне ад гэтага закона назіраецца, калі E становіцца параўнальнай з энергіяй першага рэзананснага ўзроўню.

Атрыманне

Практычна ва ўсіх нейтронна-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 прымяняюць 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

$E=5227\left({\frac {L}{t}}\right)^{2},$

дзе энергія выражана ў электронвольтах, адлегласць — у метрах, час — у мікрасекундах.

Магутныя крыніцы цеплавых нейтронаў — ядзерныя рэактары ствараюць унутры 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.

Гл. таксама

• Нейтрон
• Нейтронная оптыка

Літаратура

• Dirk Dubbers, Michael G. Schmidt The neutron and its role in cosmology and particle physics(англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2011. — Vol. 83. — P. 1111–1171. — DOI:10.1103/RevModPhys.83.1111