4.5. Взаимодействие с веществом:

а) общая характеристика ;

б) микроскопическое сечение взаимодействия;

в) ослабление пучка ;

г) активационный анализ;

д)нейтронные источники и генераторы.

а) общая характеристика нейтрона:

– m = 1,6748 * 10 ^-24 г

r = 1.3 * 10^-13 см

V

ρ_n =

Т

₁

= 10,4 млн

₁

→ р + ē + ν

Энергия и скорость связаны следующим образом:

Е_1МэВ = 5,227 * 10^-15 * V

V

_МэВ

= 1.383*10⁷* E (4.16)

0 – 10⁴ м/с

0 – 0,5 эВ тепловые нейтроны ТН

0 – 10^5,5 м/с

0 – 1 КэВ медленные нейтроны МН

1 0⁴ – 10⁶ м/с

0,5эВ – 10КэВ промежуточные нейтроны ПрН

1 0⁶ – 10⁸ м/с

10КэВ – 20 МэВ быстрые нейтроны БН

Е = 0,025 эВ – наиболее вероятная Е тепловых

V = 2200 м/с – наиболее вероятно. V тепловых

При Е = 2 МэВ V= 20000 км/с

V= Vсв = 3*10⁸ м/с

_n

Е = 470 МэВ, S_n =π*r² =0.05*10^-24см² = 0,05 Барн

б) микроскопическое сечение взаимодействие ядрами вещества:

Вероятность взаимодействия с ядрами элементов определяется сечением реакции δ или просто сечением – площадь круга с ядром в центре, измеряемое обычно в барнах. Если попадает в этот круг, то происходит взаимодействие, если не попадает – взаимодействия нет. Величина δ бывает от 10^-21 ÷ 10⁶ барн

δ << Sn δ >> Sn

о

Основными сечениями являются

δ_s - сечения рассеянные

δа – сечения поглощения (захвата)

δт = δs + δa – полное сечение взаимодействия

Сечение зависит от Е ..

Для быстрых δ_ť = от 1,1 до 8 барн, при этом δ_а << δ_s

При Еtn = 0,025 эВ имеет место резонансное повышение δ_а :

¹⁰ Ва ~ 3843 барн

При этом Еn близка к энергии возбуждения состояния образуемого ядра, т.е. компаунд ядра.

У осколков деления и для тепловых сечение захвата δ_а 4500 барн и 2000 барн соответственно.

Для замедления (рассеяния) нейтронов от 2МэВ до ТН (0,025 эВ) наиболее эффективны легкие атомы (H Hе Be ) . Только одно столкновение с ядром H₂ ослабляет нейтрон в 2 раза.

в) ослабление пучка

Интенсивность Ух (нейтрон/см²*с), прошедших через слой вещества толщиной Ух взаимодействия = Ух = У₀ * е ^–Nσt*x (4.17)

У₀ – интенсивность пучка на входе в слой; δ_ť - полное сечение взаимодействия:

δ_ť = δа + δ_s

выводящие нейтроны из первичного пучка в результате рассеяния и захвата.

N = N_a*/µ - плотность атома

г) активационный анализ.

Активация – возбуждение искусственной радиоактивности изотопов стабильного элементов под действием нейтронного или другого облучения

N_t = N (1-e ^λt) (4.18)

N_t – число радиоактивных ядер образующихся при активации в течении времени t.

N_мах – мах число радиоактивных ядер, обр-ся в течении t = ∞

λ – постоянная распада образующегося радионуклида.

Содержание радионуклида в облученном веществе обычно определяют относительным способом:

m_x = m_ct * (4.19)

m_сt - количество измеряемого элемента в стандартной пробе;

Y_х – регистрируемая активность элемента в измеряемой пробе;

Y_сt – регистрируемая активность элемента в стандартной пробе.

Образец и стандартную пробу облучают в одних и тех же условиях.

В Активационном анализе различают:

1 реакции, не изменяющие Z элемента;

2 реакции с изменением Z элемента.

1) Широкое применение реакции (n, γ) на ТН .

Такая реакция универсальна. Имеет высокое сечение захвата и малую вероятность конкурирующих реакций. Но синтезирующий радионуклид «разбавлен» материнским стабильным изотопом. Получаемые при этом по реакции (n, γ) радионуклиды содержат избыточный , поэтому обычно β –активны.

³¹Р (n, γ) ³²Р

2) без изменения Z идут также реакции (γ, n); (n, 2n); (n, 3n) и другие

Для реакций (n, 2n); и (n, 3n) Еn ≥ 7 ÷ 8 МэВ

3) С изменением Z возможно получение радионуклида без носителя и выделение образовавшихся радионуклидов из мишени химич. методами. Заряды, бомбардирующие и вылетающие из частиц, должны быть различны, чтобы изменилось Z:

(n, p ) (n, α) и др.

En = 0,1 – 1 МэВ БН

При очень высокой энергии бомбардирующей частицы начинают протекать конкурирующие реакции, т.е. обр-ся посторонние примеси. Радиоактивные ядра с зарядом > Z обр-ся при реакции (p, γ) (p, n ) ( α, n )

В ядерных реакторах идут реакции вынужденного деления ( ) под действием ТН. Здесь возникают радионуклиды без носителя, мощные потоки и γ –квантов

д) нейтронные источники и генераторы. Реакции (р, n), (Д, n)

Высокое значение σ_а при Е0 = 0,1 ÷ 0,2 МэВ

с Е_n = 2МэВ

Е_n = 14 МэВ

В нейтронных генераторах для получения дейтронов нужной энергии используют метод прямого ускорения ионов в постоянном электрическом поле; мишени готовят из Т_i или Z_r насыщенные Д и Т (дейтроны и тритонами).

В лабораторных условиях нейтроны получают: по р-иян (α ; n ) или ( γ ; n ) при облучении легких ядер α-частицами или γ-квантами долгоживущих радионуклидов.

Ампула запрессована с источником α – или γ – квантов. (R_a,A_m,…)

Ra – бериллиевый источник: выход n = 10⁷ n/сек; высокий γ - фон

Р₀ – бериллиевый источник: малый γ - фон, но выход n меньше; Т1/2 (Р₀) = 140 сут

Аm – бериллиевый источник } наиболее предпочтительны, но высокая стоимость.

Ас – бериллиевый источник.