1.Неупругое рассеяние нейтронов. Зависимость сечения реакции от энергии нейтронов. Спектры рассеянных нейтронов и гамма- квантов.
Реакция неупругого деления
Испускаемый ядром нейтрон имеет меньшую энергию, чем налетевший. Разность этих энергий расходуется на возбуждение ядра. При последующем переходе из возбужденного состояния в основное испускается гамма-излучение. При неупругом рассеянии образуются ядра, возбужденные на один из нижних уровней, где расстояние между уровнями составляет порядка сотен килоэлектронвольт.
Энергетический спектр неупруго рассеянных нейтронов может иметь две формы: дискретную (рис. 3.17) и непрерывную.
Если кинетическая энергия налетевшего нейтрона невелика, то ядро остается на одном из нижних уровней возбуждения, расстояния между которыми велики. В спектре наблюдаются отдельные группы нейтронов.
Если Eк налетевшего нейтрона достаточно велика, то в результате неупругого рассеяния образуются ядра на верхних уровнях возбуждения. Расстояния между уровнями в этом случае малы, и поэтому группы испускаемых нейтронов сливаются, и наблюдается непрерывный спектр нейтронов N (E) ~E exp(–E/T) (рис. 4.18).
Спектры гамма-квантов при неупругом рассеянии нейтронов тоже могут иметь дискретную и непрерывную формы (рис. 3.19). Объяснение разных форм гамма-спектров – то же, что и в случае спектров неупруго рассеянных нейтронов.
Максимальное значение сечения достигается при таких энергиях Eк , когда возбуждаются все уровни ядра, спектры неупруго рассеянных нейтронов и гамма-квантов непрерывны. Реакция (n, 2n) влияет на формирование спектра нейтронов в средах, содержащих тяжелые ядра.
2.Радиоактивные источники нейтронов. Их устройство, мощность, спектр нейтронов.
Нейтроны в радиоизотопных источниках образуются в результате (α, n)-, (γ, n)-реакций или спонтанного деления.Для приготовления источника требуется радиоактивное вещество, испускающее альфа-частицы или гамма-излучение соответствующей энергии. Радиоактивный материал смешивают (или сплавляют) с материалом мишени. Нуклиды, служащие материалом мишени, должны иметь пороги реакций (α, n) (или (γ, n)) ниже энергий альфа-частиц (гамма-квантов), испускаемых радиоактивными ядрами. Наибольшее применение получила реакция 9Be (α, n)12C + Q из-за большого выхода энергии (Q = 5,7 МэВ) и относительно большого сечения. При выборе радиоактивного материала учитывают следующие обстоятельства:
1) выход нейтронов увеличивается с ростом энергии альфа-частиц;
2) период полураспада определяет удельную активность источника и ее изменение со временем;
3) наличие сопутствующего гамма-излучения влияет на радиационную обстановку в лаборатории.
Спектр испускаемых нейтронов (рис. 1.1) имеет следующие особенности:
1) содержит нейтроны с энергией от 0 до 10 МэВ;
2) наблюдаются пики, обусловленные возможностью ядра 12С после реакции оставаться в основном или возбужденном состоянии.
В качестве α-излучателей применяют 210Ро, 239 Pu, 238Pu , а так же 241Am и другие трансурановые изотопы. В качестве мишеней применяют B, Li. Мощность таких источников не велика, она не превосходит 5*107 нейтр/с . Гамма-излучение радиоактивных материалов можно использовать для получения нейтронов по (γ, n)-реакции, если Eγ>Ecв. Фотонейтронные источники дают почти моноэнергетические нейтроны (рис. 1.2). Их недостатки – сильный фон гамма-излучения (на 1 нейтрон испускается 103 гамма-квантов), а также короткие периоды полураспада.
Еще один тип источников – источник нейтронов спонтанного деления из 252Cf. Период полураспада 252Cf Т1/2 = = 2,64 года (85,5 лет для спонтанного деления). Выход нейтронов калифорниевого источника велик – 2,34 * 1012 нейтр./с * г. Реально выпускаются источники мощностью до 1010 нейтр./с. Спектр нейтронов N(E) = 0,77 * E1/2 * exp (– 0,776 * E) подобен спектру нейтронов деления в реакторе. Общие особенности радиоактивных нейтронных источников:
1. малые габариты;
2.возможность точной калибровки их мощности;
3.относительно слабая и медленно изменяющаяся мощность (кроме 252Cf).