Задачи

12.1. Пленка магния толщиной 0,1 мм облучается пучком дейтронов с энергией 22 МэВ (ток пучка 100 мкА), причем сечение пучка меньше, чем площадь пленки. В результате реакции со средним сечением по всей толщине пленки образуется натрий-24 (период полураспада 15,0 ч). Какова активность в пленке в течение 2-часового облучения?

12.2. Стальной образец весом 2,5 г облучается в течение 30 мин в реакторе потоком тепловых нейтронов нейтрон Активность (период

полураспада 9,5 мин), образующегося за счет реакции измеряется через 10 мин после облучения и дает скорость счета для -излучения 0,834 МэВ. Рассчитайте концентрацию магния в образце при эффективности счета, равной 3%, и мбарн.

12.3. Как легировать кремний фосфором, используя ядерный реактор? Рассчитайте концентрацию примеси в кремниевом образце, облученном потоком тепловых нейтронов в течение .

12.4. Найдите пороговую кинетическую энергию (МэВ) для разделения дейтрона на протон и нейтрон с помощью следующих частиц: а) электроны, б) протоны, в) альфа-частицы.

12.5. Тонкая пленка весом 8,0 мг помешена в поток тепловых нейтронов. Сколько образуется ядер нейтрон время облучения равно .

12.6. Сравните обратное рассеяние протонов и реакцию на одном монослое атомов азота , находящихся на углеродной подложке.

а. Рассчитайте выход обратного рассеяния протонов с энергией 0,8 МэВ на 180° при телесном угле детектора [предполагается чисто резерфордовское рассеяние, формула (2.17)].

б. Сравните полученный выход для обратного резерфордовского рассеяния с выходом продуктов ядерной реакции (см. табл. 12.2) для того же детектора.

в. Каковы сравнительные преимущества каждой из этих двух методик?

12.7. Геометрическое сечение реакции дается соотношением стгеом где R — радиус ядра, а расстояние наибольшего сближения d равно

а. Рассчитайте эти величины для протонов, дейтронов и а-частиц, налетающих на ядро с энергией 1 МэВ.

б. Сравните величины геометрического сечения с сечениями резерфордовского рассеяния частиц с энергией 1 МэВ ) и с сечениями реакций , полученными из табл. 12.2.

в. Подтверждают ли полученные величины простое правило, что ядерные реакции начинаются, когда частицы преодолевают кулоновский барьер?

12.8. Сравните масштабы глубин (в ) для определения атомов F в тонкой алюминиевой пленке с помощью обратного резерфордовского рассеяния (на угол ) ионов с энергией 3 МэВ и реакции , вызываемой протонами с энергией 1,25 МэВ.

12.9. Для резонансных ядерных реакций существуют обратные реакции . Если известна энергия резонанса то какова энергия выраженная через и массы ядер, вступающих в реакцию? Рассчитайте ответ, используя величины для по табл. 12.2, и сравните с величинами для по рис. 12.14.

Литература

1. Cachard A., Thomas J.P., Microanalysis by Direct Observation of Nuclear Reactions, in: Material Characterization Using Ion Beams, J.P. Thomas. A. Cachard, eds., Plenum Press, New York, 1978.

2. Choppin G.R., Ryaberg J., Nuclear Chemistry, Pergamon Press, Oxford, 1980. [Имеется перевод: Чоппин Г., Ридберг Я., Ядерная химия: Основы теории и применения. — М.: Энергоиздат, 1984.]

3. Evans R.D., The Atomic Nucleus, McGraw-Hill Book Co., New York, 1955.

4. Everting F., Koenig L.A., Mattauch J.H.E. et al., Consistent Set of Energies Liberated in Nuclear Reaction, 1960 Nuclear Data Tables, U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 1961.

5. Feldman L.C., Picraux S.T., Selected Low Energy Nuclear Reaction Data, in: Ion Beam Handbook for Material Analysis, J.W. Mayer, E. Rimini, eds., Academic Press, New York, 1977.

6. Friedlander G., Kennedy J. W., Miller J.M., Nuclear and Radiochemistry, John Wiley and Sons, New York, 1964.

7. Harvey B.G., Nuclear Chemistry, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1965.

8. Kaplan I., Nuclear Physics, Addison-Wesley, Reading, MA, 1964.

9. Lederer C.M., Hollander J.M., Perlman I., Table of Isotopes, 6th edition, John Wiley and Sons, New York, 1967.

10. Meyerhof W.E., Elements of Nuclear Physics, McGraw-Hill Book Co., New York, 1967.

11. Tipler P.A., Modern Physics, Worth Publishers, New York, 1978.

12. Wolicki E.A., References to Activation and Prompt Radiation Analysis: Material Analysis by Means of Nuclear Reactions, in: New Uses of Ion Accelerators, J.F. Ziegler, ed., Plenum Press, New York, 1975, Ch. 3.

13. Amsel G., Samuel D., Analytical Chemistry, 39, 1689 (1967).

14. Ziegler J.F., Cole G. W., Baglin J.E.E., J. Appl. Phys., 43, 3809 (1972).

15. Biersack J.P., Fink D., Henkelmann K. et al., Nucl. lnstr. Methods, 149, 93 (1978).

16. Turos A., Wielunski L.,Barez A., Nucl. Instr. Meth., Ill, 605 (1973).

17. Amsel G., Maurel B., Nucl. Instr. Methods, 218, 8 (1983).

18. Bottiger J., Picraux S. T., Rud N., in: Ion Beam Surface Layer Analysis, vol. 2, O. Meyer, G. Linker, F. Kappeler, eds., Plenum Press, New York, 1976.

19. Бурмистенко Ю.Н. Фотоядерный анализ состава вещества. — М.: Энерго-атомиздат, 1986. — 200 с.