§ 221. Ядерные реакции под действием нейтронов
Столкновение
быстрого нейтрона с ядром в большинстве случаев приводит к рассеянию нейтрона,
т.е. к изменению направления его полета и передачи при этом ядру части энергии.
Возможен, однако, и другой результат столкновения: нейтрон захватывается ядром,
и благодаря этому происходит ядерная реакция. Примером ядерной реакции по действием
нейтронов является расщепление бора:
. (221.1)
Ядро
бора, захватывая нейтрон, расщепляется на ядра лития и гелия, разлетающиеся с
большой скоростью.
Реакцию
бора с нейтронами можно наблюдать, поместив в камеру Вильсона тонкий слой бора.
Облучая камеру быстрыми нейтронами, мы увидим на снимках жирные следы ядер
лития и гелия, выходящих во все стороны из слоя (рис. 398, а).
Рис. 398. Схема опыта по наблюдению расщепления
бора быстрыми (а) Iи медленными (б) нейтронами: 1 —
источник нейтронов, 2 — тонкая борная пленка в камере Вильсона, 3— парафиновая
сфера. Короткие жирные следы вызваны ядрами 
, более длинные — 
-частицами. Штриховой
линией указан путь одного из нейтронов в парафиновой сфере
Окружим
источник нейтронов веществом, содержащим много водорода, например парафиновой
сферой диаметром 
. Теперь на пути в камеру нейтроны
будут испытывать соударения с ядрами углерода (
) и, что особенно существенно, с протонами.
При этом, как мы выяснили в предыдущем параграфе, нейтроны будут замедляться и
попадут в камеру Вильсона с энергией, во много раз меньшей своей начальной
энергии. Действие парафина будет неожиданным: число следов на снимках, а значит
число расщеплений ядер бора, многократно увеличится (рис. 398, б).
Следовательно, чем медленнее нейтроны, тем с большей эффективностью они захватываются
ядрами и производят ядерные реакции.
Помимо
скорости нейтрона, эффективность, с которой нейтроны захватываются веществом,
зависит еще от рода атомов. Наблюдая прохождение медленных нейтронов через слой
бора, обнаружим, что они почти полностью задерживаются слоем бора толщиной в
доли миллиметра. Подобные же опыты показывают, что, кроме бора, сильными
поглотителями медленных нейтронов являются кадмий, литий, хлор, серебро и др. Напротив,
такие вещества, как бериллий, тяжелая вода, углерод, висмут, поглощают
медленные нейтроны крайне слабо.
Сильное
поглощение ядрами медленных нейтронов объясняется отсутствием сил
электрического отталкивания (так как нейтрон лишен заряда) и существованием сил
притяжения между ядрами и нейтронами (см. § 225). Быстрый нейтрон пролетает
мимо ядра за такой короткий промежуток времени, что силы притяжения не успевают
отклонить его и втянуть в ядро. Чем медленнее движется нейтрон, тем большее
время находится он под действием сил притяжения со стороны ядра и тем легче
захватывается им. Захват ядрами является одной из причин, почему нейтроны не
существуют длительно в свободном виде. Второй причиной является радиоактивность
нейтрона. Опыты показывают, что свободный нейтрон с течением времени
превращается в протон, испуская при этом электрон и нейтрино (см. §230). Период
полураспада нейтрона — около 15 мин.
