В случае, если требуется только замедлить нейтроны, то следует избегать их поглощения. Например, водород является лучшим замедлителем, чем дейтерий (т.е., в случае водорода требуется меньше столкновений для достижения заданной низкой скорости). Однако водород обладает большим сечением поглощения нейтронов. В результате дейтерий дает больше тепловых нейтронов, чем водород, и он более предпочтителен в качестве замедляющего матери ала.

Сечения взаимодействия, связанные с различными типами взаимодействий, описанными выше, можно обозначить следующим образом:

σt — полное сечение взаимодействия (σs + σa); σs — полное сечение рассеяния (σel + σi);

σel èëè σn,n — сечение упругого рассеяния;

σi èëè σn,n' — сечение неупругого рассеяния (с возбуждением уровней я дра); σa èëè σc — сечение поглощения или захвата;

σne — полное сечение неупругих процессов взаимодействия (кроме сечения упругого рассеяния), σt — σel ;

σn,g — сечение поглощения или радиационного захвата;

σf èëè σn,f — сечение деления; σn,p — сечение реакции (n,p).

12.2.4 Зависимость сечения взаимодействия от энергии

Все сечения взаимодействия, описанные выше, изменяются в зависимости от энергии нейтрона и типа ядра мишени, причем иногда очень существенно. В этом разделе рассмотрены некоторые обобщения, касающиеся зависимости сечения взаимодействия от энергии, и приведены данные для нескольких важных изотопов [1].

На рис. 12.3 представлено полное сечение 239Pu для падающих нейтронов с энергией от 0,001 эВ до 10 МэВ. Заметим, что, как правило, сечение взаимодействия уменьшается с увеличением энергии. При низких значениях энергии, ниже 1 эВ, сечение упругого рассеяния приблизительно постоянно, тогда как сечение поглощения нейтрона обратно пропорционально скорости нейтрона, т.е. 1/v. Поэтому при низких энергиях полное сечение взаимодействия может быть приблизительно постоянным или может уменьшаться с ростом энергии в зависимости от того, какой тип событий является доминирующим. Например, в случае ядра 239Pu преобладает взаимодействие с поглощением нейтронов, поэтому полное сечение взаимодействия уменьшается по закону 1/v. Аналогичное поведение наблюдается для большинства ядер с малыми и промежуточными массовыми числами. На рис. 12.4 и 12.5 показано поведение полного сечения взаимодействия для бора и кадмия при низких энергиях нейтрона. Необычно высокие значения сечений взаимодействия с поглощением нейтрона для этих двух веществ делают их полезными в качестве поглотителей тепловых нейтронов.

При более высоких энергиях в сечении взаимодействия могут иметь место резкие пики, которые накладываются на общую тенденцию поведения по закону 1/v. Эти пики называются резонансами и соответствуют энергиям, при которых возрастает сечение взаимодействия нейтрона с ядрами. Например, резонанс происходит, если ядро и захваченный нейтрон образуют "компаунд"-ядро (составное ядро), а энергия, которую вносит в ядро нейтрон, близка к энергии возбужденного состояния составного ядра.

Ðèñ. 12.3. Полное сечение взаимодействия нейтронов с 239Pu

Ðèñ. 12.4. Полное сечение взаимодействия нейтронов с бором в област и низких энергий [1]

Для тяжелых ядер в области энергий нейтронов, составляющих несколько электронвольт, появляются высокие и узкие резонансы. Для энергий в области килоэлектронвольт резонансы могут быть слишком близкими и трудноразрешимыми. В мегаэлектронвольтной области резонансы более редкие и очень широкие, в результате чего сечения взаимодействия становятся гладкими и плавными. Для легких ядер резонансы появляются только в мегаэлектронвольтной области, они широкие и относительно небольшие. Для ядер с промежуточными массовыми числами (такими, как кадмий, никель, железо) резонансы можно обнаружить ниже 1 кэВ. Эти резонансы имеют амплитуду и ширину в промежуточном диапа-

Ðèñ. 12.5. Полное сечение взаимодействия нейтронов с кадмием в обла сти низких энергий [1]

зоне значений по сравнению с соответствующими величинами для легких и тяжелых ядер.

Некоторые исключения из общих тенденций имеются в ядрах 1H è 2H, у которых вообще нет резонансов, а также в ядрах с магическими числами протонов или нейтронов, поведение которых может быть таким же, как у легких ядер, несмотря на фактическое различие массовых чисел. На практике необходимо пользоваться таблицами сечений взаимодействия для рассматриваемых ядер, поскольку не существует надежного метода вычисления сечений взаимодействия. Некоторые микроскопические сечения взаимодействия представлены в табл. 12.2 раздела 12.3.

Некоторые сечения для нейтронных реакций вынужденного деления ядер, важные для неразрушающего контроля, показаны на рис. 12.6. Делящиеся изотопы 235U è 239Pu имеют большие сечения деления (приблизительно 1000 барн) при делении тепловыми или надтепловыми нейтронами. Для быстрых нейтронов с энергиями от 10 кэВ до 10 МэВ эти сечения уменьшаются до 1-2 барн. Воспроизводящие изотопы 238U è 240Pu имеют пренебрежимо малые сечения реакции деления в области низких энергий нейтронов, но обладают порогом взаимодействия при кинетической энергии нейтрона около 1 МэВ. Выше 1 МэВ сечения деления быстрыми нейтронами воспроизводящих изотопов (238U è 240Pu) сравнимы с аналогичными величинами для делящихся изотопов (235U è 239Pu).