Ионизирующее излучение и его взаимодействие с веществом
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ
Часть 2
НЕУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ
|
|
A (n,n) A* |
Сохраняется |
Не сохраняется |
|
• Суммарный Р (нейтрон + ядро) |
• Суммарная Eк (нейтрон + ядро) |
|
|
|
~ 10-16…10-15 c |
(E) > 0 |
Энергетический порог: |
|
Ядро |
Pu-239 |
U-238 |
Pb-207 |
Pb-208 |
Fe-56 |
O-16 С-14 |
|
|
0,00768 |
0,0449 |
0,570 |
2,61 |
0,847 |
6,049 |
4,44 |
С ростом A ↑ ↑ :
•Возрастает ↑ число возбужденных уровней
•Увеличивается Rядра и его площадь S
•Увеличивается вклад в рассеяние
•Минимальный порог возбуждения – уменьшается ↓: от ~ МэВ → до ~10 кэВ
•не монотонно: зависит от четности ядер
2
Магические ядра (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126): сильная связь и большая
ЭНЕРГИЯ НЕЙТРОНОВ ПОСЛЕ НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ
Рассеяние на дискретном уровне
На изолированном уровне:
испускание частиц как испарение
Аналог при упругом рассеянии:
Энергетический порог: D > 0
Рассеяние на перекрывающихся уровнях
Рост энергии
Рост числа и ширины уровней
Сближение и перекрытие
3
Испускание частиц как испарение нагретой капли
ИСПАРИТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СПЕКТРА НЕЙТРОНОВ
Модель Вайскопфа–Ивинга (приближение Ферми-газа):
T - температура ядра: |
если принять в первом |
|
приближении Q*≈ E′ |
||
|
•Q* - энергия возбуждения
•a - параметр [МэВ-1]
Максимум спектра: E = T (1 … 1,5 МэВ ) |
после испускания нейтрона ядро - |
|
Средняя |
( 2 … 3 МэВ) |
в возбужденном состоянии |
Неупругое рассеяние – большие потери энергии >> чем при упругом
O: 11%
U: 0,8%
4
МЕХАНИЗМ НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ
Неупругое рассеяние = CN-механизм + Прямая реакция
≈ 90%; |
≈ 10% |
жесткий спектр (малые потери энергии при столкновении)
~Изотропное Анизотропное: вперед
Для энергий ~ МэВ
5
РАДИАЦИОННЫЙ ЗАХВАТ
Реакция поглощения:
A(n, γ)B, A(n,p)B, A(n, α)B, …
B = A+1 |
|
Радиоактивное ядро: активация |
|
Возможен
•при любой энергии нейтронов
•практически с любым ядром*
* кроме 4He
Сечения вблизи резонансов:
Нейтронная и Радиационная ширина
(E) |
в среднем ↑ возрастает* при E ↑ и A ↓: |
В промежуточной и |
|
*кроме области резонансов |
медленной области: |
(E) |
- зависимость слабая |
6 |
|
|
СЕЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ЗАХВАТА
Сечения в пике резонанса:
Для малых энергий вдали от резонанса :
( ) |
1 |
|
|
закон «1/v» - обычно характерен для тепловых нейтронов
1/v
7
НАРУШЕНИЯ ЗАКОНА 1/V РЕЗОНАНСАМИ
113Cd |
135Xe |
|
8
РАДИАЦИОННЫЙ ЗАХВАТ / РАССЕЯНИЕ
• Тепловые нейтроны
Тяжелые ядра A > 80: Легкие ядра A < 25
• Медленные (надтепловые) нейтроны
Тяжелые ядра A > 80: Средние и легкие ядра: .
• Быстрые нейтроны
Все ядра :
235U
56Fe 235U
16O
56Fe
16O
56Fe
235U
16O
235U
56Fe
16O
9
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ ПРИ РАДИАЦИОННОМ ЗАХВАТЕ
•Легкие ядра:
малое число редких уровней возбуждения - дискретный спектр с хорошо разрешенными линиями
•Тяжелые ядра:
много близко расположенных уровней – непрерывный спектр, близкий к испарительной модели
( ~ 1 … 1,5 МэВ )
Спектр захватного гамма-излучения 178Hf |
10 |