7.3. Взаємодія нейтронів з речовиною. Уповільнення нейтронів. Теплові резонансні нейтрони.

Ел. магн. взаємодія нейтрона з електроном визнач.величиною взаємодії між їх магн. моментами. Однак, остання настільки мала, що її Е досягає потенціалу іонізації (~ 10 еВ ) лише на віддалях порядку 10^-11 см.

Ефект від взаємодії магнітних моментів n і е стає помітним лише тоді, коли магн. моменти всіх електронів орієнтовані однаковим чином (в феромагнетиках). В цьому випадку взаємодія магн. моментів n і е приводить до макроскопічного ефекту додаткового розсіяння, вивчення якого дозволяє оцінити магн. момент нейтрона.

Окрім магн. взаємодії n з е повинна також спостер. їх ел. взаємодія. Наявність у n магн. моменту можна зрозуміти, якщо допустити, що частину часу свого існування n скл. з двох частинок з різнойменними ел. зарядами. У зв'язку з цим n повинен володіти розприділеним ел. зарядом, який і буде взаємодіяти з зарядом електрона. Однак, ця взаємодія ще слабша ніж магн.

Основним видом взаємодії n з речовиною є їх взаємодія з атомними ядрами. В залежності від того попадає n в ядро чи ні, його взаємодію з ядрами можна розділити на два класи:1) пружне потенціальне розсіяння на ядерних силах без попадання нейтрона в ядро (n, n)_потенц; 2) ядерні реакції різних типів : (n, γ), (n, р), (n, α), реакції поділу і інші; непружне розсіяння (n, n'); пружне розсіяння з заходом нейтрона в ядро - пружне резонансне розсіяння (n, n)_рез.

Відносна роль кожного процесу визнач. величиною відповідних перерізів. В деяких речовинах, для яких роль пружного розсіяння відносно висока, швидкий n втрачає свою Е в серії послідовних актів пружного зіткнення з ядрами речовини (сповільнення нейтронів). Процес сповільнення продовжується до тих пір поки Ек нейтрона не зрівняється з Е теплового руху атомів сповільнювача. Такі n наз. тепловими. Подальше зіткнення теплових n з атомами сповільнювача практично не змінює Е n і приводить тільки до переміщення їх в речовині (дифузія теплових n), яке продовжується до тих пір поки нейтрон не поглинеться ядром.

Важливою характеристикою процесу сповільнення є довжина сповільнення, яка позначається через . Величина τ носить назву віку нейтронів, яка не дуже відповідає її розмірності. Зміст цієї величини полягає в тому, що , де - середньоквадратична відстані, на яку n відходить від джерела в процесі сповільнення в стандартному інтервалі енергій від 1 МеВ до 1 еВ.

В ядерній енергетиці в основному приходиться мати справу з n, Е яких від 0,025 еВ до 10 МеВ. З теорії ядерних реакцій відомо, що переріз взаємодії нейтронів з ядрами в середньому різко зростає по закону "1/ν" при зменшенні Е нейтрона. По цій властивості n / на дві великі групи - повільні і швидкі нейтрони. Межа між цими групами не є строго визначеною і лежить в області 1000 еВ.

Повільні прийнято поділяти на холодні, теплові і резонансні.

Холодними наз. n з Е<0,025 еВ. У холодних нейтронів дуже великий переріз захвату ядрами. Технічне викор. холодних нейтронів утруднене складністю їх отримання.

Е=0,025 еВ визначає порядок енергій теплових нейтронів. В Т-ній шкалі Е=kТ, це відповідає Т=300К. Таким чином, Е теплових нейтронів відповідає найбільш ймовірній швидкості нейтронів, які знах. у тепловій рівновазі з навк. середовищем при кімнатній Т. В ядерних енергетичних установках Т може значно перевищувати кімнатну. Тому до теплових n звичайно відносять n з Е~0,5 еВ. Перерізи поглинання ядрами цих n достатньо великі і для теплових нейтронів. Теплові нейтрони широко використовуються в ядерній техніці.

Нейтрони 0,5еВ <Е< 1кеВ наз. резонансними, тому що в цій області для середніх і важких ядер повний нейтронний переріз досить великий і графік його залежності від Е представляє собою густий частокіл гострих резонансів.

Нейтрони з енергіями від1<Е< 100 кеВ наз. проміжними. Часто в проміжні включають і резонансні n. В цій області Е окремі резонанси зливаються і перерізи в середньому спадають з ростом енергії.

До швидких відносять n з 100 кеВ <Е< до 14 МеВ. Перерізи взаємодії таких n з ядрами вже набагато менше, ніж для повільних. Прикладне значення швидких нейтронів обумовлене тим, що основним технічним джерелом нейтронів є реакція поділу ядер, що породжує нейтрони мегаелектронвольтних енергій. Далі ці швидкі нейтрони поділу викор. безпосередньо, а частіше перетворюються в повільні шляхом спеціального процесу сповільнення.