Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Нейтроны различных энергий и процессы, в которых они участвуют.

21

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Экспериментальные и теоретические зависимости полных сечений от энергии нейтронов для легких (водорода, связанного в молекуле воды, и графита), среднего (марганца) и тяжелых (235U и 238U) ядер.

22

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Лёгкие ядра

Для легких ядер преобладает процесс потенциального рассеяния нейтронов для всех энергий. При больших энергиях, кроме того, существенно и резонансное рассеяние. Разрешенные резонансы рассеяния для легких ядер расположены в интервале примерно от 105 до 107 эВ (резонансы для углерода находятся примерно в интервале от 2•106 до 107 эВ).

В области энергий тепловых нейтронов сказывается влияние химических связей (Н) и кристаллической структуры вещества

23

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Средние по массе ядра

Потенциальное рассеяние нейтронов – преобладающий процесс при любых энергиях также и для средних по массе ядер. Кроме того, для них при малых энергиях нейтронов преобладает радиационный захват, в интервале примерно от 103 до 105 эВ – резонансное рассеяние, а при энергиях больших примерно 1 МэВ – неупругое рассеяние. Область резонансов совпадает с областью преобладания резонансного рассеяния (резонансы для Mn расположены в интервале от 3•102 до 106 эВ).

24

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Тяжёлые ядра

С ростом энергии постепенно уменьшается вклад в полное сечение парциальных сечений одних видов взаимодействия и увеличивается – других. Соответственно изменяется набор преобладающих процессов, схематично показанный в таблице в зависимости от энергии. Радиационный захват входит в этот набор для тепловых и промежуточных нейтронов. Затем одним из преобладающих процессов становится резонансное (примерно от 102 до 105эВ), потенциальное (примерно при Е>103 эВ) и неупругое (примерно при Е>105эВ) рассеяния, а для самых тяжелых ядер также их деление (примерно при Е>106эВ). Ядра с нечетным числом нейтронов (233U, 235U, 239Pu и т. д.) делятся нейтронами любых энергий. Деление таких ядер – один из преобладающих процессов во всем диапазоне энергий нейтронов, и, более того, для этих ядер при малых энергиях вклад σf в σt – основной. Резонансы для тяжелых ядер

расположены примерно в интервале от 1 до 1000 эВ (для 235U – примерно от 0,3 до 70 эВ, для 238U – примерно от 6,7 до 200 эВ). Отметим, что для 238U (четно- четного ядра) при малых энергиях сечение потенциального рассеяния больше сечения радиационного захвата σp > σс, что приводит к малому изменению σt в

зависимости от энергии (значительно более слабому, чем по закону 1/υ).

25

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Физика реакторов

Для всех ядер как полное, так и парциальные сечения, кроме сечений пороговых процессов, при больших энергиях нейтронов значительно меньше, чем при средних и малых. Особенно велики сечения для тепловых нейтронов.

Для тяжелых и средних ядер значения сечений радиационного захвата σс и резонансного рассеяния σr при резонансных энергиях в области первых резонансов часто значительно больше значений соответствующих сечений в интервале энергий тепловых нейтронов. Однако интервалы энергии с большими значениями сечений занимают лишь малую часть всей области резонансов. Это означает, что нейтроны, уменьшающие свою энергию при потенциальном рассеянии относительно большими порциями, с большой вероятностью минуют такие интервалы. Поэтому доля поглощений в резонансной области мала для всех ядер, кроме самых тяжелых. В ядерных реакторах наибольший вклад в радиационный захват резонансных нейтронов вносит 238U.

26

Систематика взаимодействий нейтронов с ядрами

Физика реакторов

Вклады парциальных сечений в полное сечение и отношение σс/σa для изотопов урана

захвата в сечение поглощения.

Для четно – нечетных ядер он мал при любых энергиях и существенно уменьшается при переходе от 0.025 эВ к 2 МэВ.

Для четно – четных ядер этот вклад мал лишь при больших энергиях и существенно превышает соответствующее значение для четно – нечетных ядер.

28