Ионизирующее излучение и его взаимодействие с веществом
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ
2026
НЕЙТРОН: ОБЩИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ
Открыт: 1932
1935
Масса: 939,57 МэВ |
Спин: ½ |
James Chadwick
|
Нестабилен: |
|
T1/2 = 880 с |
Реальное поглощение: < 1 мс |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< 0,005 эВ |
|
0,005 – 0,5 эВ |
|
0,5 – 1000 эВ |
|
1 – 200 кэВ |
|
0,2 – 20 МэВ |
|
> 20 МэВ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Медленные |
|
|
|
Промежуточные |
|
Быстрые |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Холодные |
|
|
Тепловые |
|
Надтепловые |
|
Промежуточные |
|
Быстрые |
|
Сверхбыстрые |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E = 0,0253 эВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Длина волны: |
|
|
|
|
|
см (эВ) |
|
|
= |
|
|
||||||
|
Скорость: |
|
м/с (эВ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Е, эВ |
|
0,025 эВ |
|
1 эВ |
|
1 кэВ |
|
100 кэВ |
|
1 МэВ |
|
10 МэВ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
, см |
|
2.86E-9 |
|
4.55E-10 |
1.44E-11 |
|
1.44E-12 |
|
4.55E-13 |
|
1.44E-13 |
|
2 |
||||
|
, м/с |
|
2.20E+03 |
1.40E+04 |
4.43E+05 |
4.43E+06 |
|
1.40E+07 |
4.43E+07 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЯДЕРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Характерный радиус действия ~10-13 см.
1 Ф (ферми) = 10-13 см
Rядра (см) << Rатома 10-8 см
Элемент |
H |
O |
Fe |
U |
|
|
|
|
|
А |
1 |
16 |
56 |
238 |
|
|
|
|
|
Rядра , см |
1.2 10-13 |
3.0 10-13 |
4.6 10-13 |
7.4 10-13 |
E = R), |
|
|
|
|
МэВ |
14 |
2.3 |
0.98 |
0.37 |
|
|
|
|
|
a + A → B + b |
или A (a,b) B |
|
|
|
|
|
Энергия реакции |
|
|
|
115In + n → 116In + γ; |
||
• Экзотермическая |
|
|
||||
|
|
|||||
|
|
14N + n → 14C |
6 |
+ p; |
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
7 |
|
||
•Эндотермическая 
12C + n → 11C + 2n;
Основные типы взаимодействия
• |
Поглощение: |
A(n,p)B, A(n, α)B, A(n, γ)B, … |
|
|
• |
Рассеяние |
|
|
|
|
• |
Упругое |
A (n,n) A: сохранение импульса и кинетич.энергии |
3 |
|
• |
Неупругое |
A (n,n) A*: сохранение импульса |
|
• |
Деление |
|
|
|
МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
n + e- - пренебрежимое (слабое взаимодействие: Rсв ~ 10-16 см ) n + n - пренебрежимое (малая плотность n: ≤ 108 см-3)
n + ядро - основное (плотность: 1022 см-3)
Налетающий нейтрон
Проникновение |
Прямые реакции |
τпр = 10-22 с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ь |
|
|
|
е |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
и |
|||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
н |
|
||||
|
|
|
н |
ц |
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
т |
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
о |
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
П |
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СN 
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
и |
||
|
|
|
|
а |
|
|
|
н |
|
||
|
|
|
н |
|
|
|
я |
|
|
||
|
|
о |
|
|
|
е |
|
|
|
||
|
з |
|
|
|
с |
|
|
|
|
||
е |
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
||
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
τCN = 10-16 … 10-14 c
Распад
составного
ядра
4
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧЕРЕЗ СОСТАВНОЕ ЯДРО
CN:
5…10 МэВ
τCN = 10-16 … 10-14 c
•Возбуждение перераспределяется между всеми нуклонами: «нагревание».
•Вылетает случайный нуклон, получивший .
•Независимость распада от способа образования
1936 г.
Niels Bohr
: |
1 eV ~ τCN = 10-15 c >> τяд = 10-22 с |
5 |
~ ядро H / нейтрон 1 МэВ |
РЕЗОНАНСНЫЙ ХАРАКТЕР СЕЧЕНИЙ
A (a,b) B
Формула Брейта-Вигнера
спин CN-ядра
Статист. множитель
спин исходного ядра спин частицы (1/2)
Ч-Ч: 0
Ч-Н: Малые E:
56Fe
Грегори Юджин Брейт Вигнер
6
РЕЗОНАНСЫ СОСТАВНОГО ЯДРА
Расстояние между уровнями уменьшается:
•с ростом E
•c ростом А
•нечетные ядра – чаще
•четные ядра - реже
Сильное перекрытие и исчезновение резонансной структуры
56Fe
14N
7
ПРЯМЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
Нейтрон взаимодействует с одним или несколькими отдельными нуклонами
Без обмена энергией с остальным ядром
Типичные реакции
•рассеяния: (n, n)
•обмена: (n, p)
•подхвата: (n,d), (p,d) , …
•скалывания: (n,Li), (n,Be), …
•срыва (d,n), (d,p), …
•CN не образуется
•τвзаим. ~ τяд = 10-22 с.
•Не имеют порога, но характерны для больших энергий нейтронов ( > 10 МэВ ),
•Происходят на периферии ядра (где плотность нуклонов мала)
•Вылет частиц сильно анизотропный в СЦМ: преимущественно вперед с большой Е
•Вылет n и p равновероятен
(кулон. барьер неважен для больших Е)
8
УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ
и н т е р ф е р е н ц и я
Сохраняются
•в ЛСК и СЦМ: суммарный Р (нейтрон + ядро)
•в СЦМ: по отдельности модули V нейтрона и V ядра
9
КИНЕМАТИКА УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ (1)
•До столкновения:
ЛСК
•После столкновения:
•До столкновения:
СЦМ
•После столкновения:
скорость нейтрона скорость ядра 0 скорость ЦМ
скорость нейтрона скорость ядра скорость ЦМ
скорость нейтрона скорость ядра
скорость нейтрона скорость ядра
10