§ 33. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ

При прохождении нейтронов через вещество возникают следующие процессы:

1) упругое рассеяние нейтронов на ядрах мишени;

2) неупругое рассеяние;

3) захват нейтронов ядрами;

4) реакции подхвата.

В результате нейтроны в среде рассеиваются, поглощаются или размножаются (в процессе деления ядра).

В общем случае, если на тонкий слой вещества падает параллельный пучок нейтронов, после прохождения нормального к нему слоя толщиной х число нейтронов будет равно

где толщина вещества в см; число ядер на вещества; число нейтронов в падающем пучке; .

Рассмотрим различные виды взаимодействия нейтронов.

Для элементов с низким атомным номером первый возбужденный уровень обычно на (или более) выше основного состояния. Поэтому в случае легких элементов упругое рассеяние нейтронов с энергией более вероятно, чем неупругое рассеяние. С увеличением атомного номера минимальная энергия возбуждения ядра уменьшается примерно до и нейтроны с большей энергией могут испытывать как упругое, так и неупругое рассеяние. В реакциях быстрые нейтроны сначала соединяются с ядром-мишенью, образуя составное ядро, затем испускается нейтрон с меньшей энергией, а ядро-мишень остается в возбужденном состоянии. Обычно возбуждение очень быстро снимается испусканием но иногда возбужденное состояние является метастабильным, т. е. изомерным состоянием устойчивого изотопа.

Поглощение нейтронов приводит к ядерным реакциям, в результате которых, в частности, возникает явление искусственной

радиоактивности и деления ядер. Приведем некоторые примеры ядерных реакций, идущих под действием нейтронов.

Радиационный захват нейтрона (n, y):

Возникающее ядро обычно является радиоактивным, так как отношение числа к числу в нем увеличивается и оно переходит в стабильное ядро за счет -распада

Как уже говорилось, такие реакции идут в основном под действием медленных нейтронов. Простейшая реакция подобного типа:

Реакция с образованием протонов (n, p):

Образованные ядра обычно -активны по той же причине. Например

Здесь конечный продукт идентичен первоначальному изотопу мишени. Обычно эти реакции эндоэнергетические и идут под действием нейтронов с кинетической энергией более Лишь на легких ядрах они могут идти также от тепловых нейтронов, так как для некоторых изотопов энергия реакции положительна (например, для кроме того, потенциальный барьер, препятствующий вылету протона, относительно низок.

Реакции с образованием а-частиц (n, a):

например,

Такие реакции при малых энергиях нейтронов идут только на легких ядрах. Для того чтобы процесс мог происходить на тяжелых ядрах, необходимо использовать нейтроны с большой энергией. Однако при этом более вероятно возникновение реакции Так же как в предыдущих случаях, в результате вылета -частицы увеличивается относительное содержание нейтронов по сравнению с исходным ядром, поэтому ядро продукт обычно -активно,

Например:

Реакция с образованием двух или более нуклонов Это пороговые реакции, которые идут при энергии нейтронов Вероятность таких реакций быстро возрастает с увеличением энергии падающего нейтрона. Примерно в 70% случаев образованное ядро распадается с испусканием позитрона или претерпевает К-захват, так как в этих случаях в ядрах увеличивается процентное содержание протонов, например:

Реакции деления. Обозначаются (fission - деление)

Такие реакции для некоторых тяжелых элементов идут под действием нейтронов с энергией а для других — под действием даже тепловых нейтронов.

Более подробно реакции деления будут рассмотрены в следующей главе.