Реакции под действием нейтронов
31
Реакции под действием нейтронов
32
Источники нейтронов
•Компактные:
•Радиоизотопные (спонтанное деление) 252Cf •Радиоизотопные (реакция α,n) PuBe, AmLi •Ядерная реакция (γ,n)на 9Be или 2Н •Генераторы (например, реакция 3H+2H→ α +n)
•Реакции под действием космического излучения •Тормозные фотонейтронные системы (реакция(γ,n)) •Ядерные реакторы (импульсные, стационарные) •Распадные источники (реакция скалывания) на основе ускорителей протонов с энергией около 10 ГэВ (spallation neutron source)
•Ядерные взрывы
33
Источники нейтронов
•Радиоизотопные (реакция α,n) PuBe, AmLi
9Be(α,n)12C
Источники α-частиц 210Po, 226Ra, 239Pu, 241Am •Ядерная реакция (γ,n)на 9Be или 2Н
208Tl (Eγ = 2.62 МэВ) d(γ,n)p (энергия реакции Q = -2.23 МэВ) энергия нейтронов 200 кэВ
9Be(γ,n)24He (Q = -1.65 МэВ) с источником гамма-квантов на основе 214Bi (Eγ ≈ 1.78 МэВ), энергия нейтронов 110 кэВ. •Генераторы (например, реакция t(d,n)4He и d(d,n)3He)
34
Источники нейтронов
Реакция скалывания (spallation) происходит при взаимодействии протонов высокой энергии с тяжелым ядром: протон выбивает отдельные нуклоны, оставляя ядро в возбужденном состоянии. Ядро сбрасывает протоны, альфа-частицы, нейтроны, за пределы мишени излучаются только нейтроны, не имеющие заряда.
35
Нейтронно-активационный анализ
Активационный анализ –это определение качественного и количественного состава вещества, основанное на измерении характеристик распада радиоактивных изотопов, образующихся в веществе при облучении его нейтронами (или другими частицами)
36
Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): русский детектор на борту Curiosity Rover
Импульсный нейтронный каротаж: идея принадлежит Г.Н. Флерову. Быстрые нейтроны от генератора проникает в почву и замедляются. Зависимость от времени числа нейтронов, зарегистрированных счетчиком над поверхностью земли, зависит от насыщенности почвы водой.
Нейтронный каротаж (исследование горных пород методом активации) впервые был осуществлен в США в 1941 году (Бруно Понтекорво)
37
Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): русский детектор на борту Curiosity Rover
38
Взаимодействие нейтронов с веществом
39
Замедление нейтронов.
Замедление нейтронов - уменьшение кинетической энергии нейтронов в результате многократных столкновений с атомными ядрами вещества. В ядерных реакциях, являющихся источниками нейтронов, образуются быстрые нейтроны (с энергией > 1 МэВ). Быстрые нейтроны при соударениях с атомными ядрами теряют энергию крупными порциями, расходуя её главным образом на возбуждение ядер или их расщепление. В результате одного или нескольких столкновений энергия нейтрона становится меньше минимальной энергии возбуждения ядра (от десятков кэВ до нескольких МэВ в зависимости от свойств ядра). После этого рассеяние нейтрона ядром становится упругим, т. е. нейтрон расходует энергию на сообщение ядру скорости без изменения его внутреннего состояния. Замедление нейтронов применяется, например, в ядерных реакторах на тепловых нейтронах.
При одном упругом соударении нейтрон теряет в среднем долю энергии, равную
2А/(А + 1)2
где А - массовое число ядра - мишени. Эта доля мала для тяжёлых ядер (1/100 для свинца) и велика для лёгких ядер 1/7 для углерода и 1/2 для водорода). Поэтому замедление нейтронов происходит на лёгких ядрах гораздо быстрее, чем на тяжёлых.
Среднее число столкновений N, среднее время замедления t и среднее квадратичное удаление LБ нейтрона от источника при замедлении нейтрона в неограниченной среде от
энергии 1 МэВ до энергии 0.1 эВ
40