Interacțiunea neutronilor cu materia
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 30 august 2014; verificările necesită 4 modificări .Interacțiunea neutronilor cu materia este procesele fizice care au loc atunci când neutronii de diferite energii intră în materie. Dintre diferitele tipuri de interacțiuni dintre neutroni și materie, cele mai caracteristice sunt ionizarea, împrăștierea elastică și inelastică și reacțiile nucleare [1] .
Ionizare
Ionizarea este separarea electronilor de atomi sub acțiunea energiei cinetice a unui neutron. Interacțiunea neutronilor cu electronii este determinată de interacțiunea dintre momentele lor magnetice. Această interacțiune este atât de mică încât energia sa atinge potențialul de ionizare (de ordinul a 10 eV) doar la distanțe de aproximativ 10 -11 cm.De aceea, secțiunea transversală de frânare a ionizării neutronilor este de aproximativ 10 -22 cm2, adică un milion. ori mai puțin decât pentru o particulă încărcată. Probabilitatea unei coliziuni a unui neutron cu un nucleu este și mai mică (secțiunea transversală este de 10 -24 cm 2 , adică există o ciocnire a unui neutron cu un nucleu la o sută de ionizări). Cu toate acestea, la ionizare, neutronul pierde o parte nesemnificativă din energie (de ordinul a 10 eV), în timp ce pierderea de energie este semnificativă la ciocnirea cu nucleul. Astfel, principalele pierderi de energie neutronică în timpul mișcării materiei sunt cauzate de ciocnirile cu nucleele. În acest caz, o coliziune reprezintă aproximativ 100 de ionizări [1] .
La feromagneți, unde momentele magnetice ale electronilor sunt orientate în același mod, probabilitatea interacțiunii dintre un neutron și un electron crește semnificativ și deviația neutronului de la traiectoria inițială devine sesizabilă [1] .
Există, de asemenea, o interacțiune electrică foarte slabă între neutron și electron. Se explică prin faptul că neutronul este format din quarci încărcați electric. Totuși, această interacțiune devine semnificativă doar la distanțe comparabile cu dimensiunea neutronului [1] .
Scattering
Principala pierdere de energie a neutronilor are loc la nuclee. În acest caz, se disting două tipuri de interacțiune a neutronilor cu nucleele [1] : 1) Împrăștierea potențialului elastic pe forțele nucleare. În acest caz, neutronul nu intră în nucleu, ci trece suficient de aproape de acesta. 2) Reacții nucleare de diferite tipuri: (n,γ), (n,p), (n,α), fisiune nucleară, împrăștiere elastică care pătrunde în nucleu.
Rolul fiecărui proces este determinat de secțiunea corespunzătoare [1] .
Există substanțe care sunt moderatori de neutroni eficienți. Pentru ei, rolul principal îl joacă împrăștierea elastică. După numeroase ciocniri cu nucleele, neutronul își pierde cea mai mare parte a energiei și devine un neutron termic. În viitor, neutronul face o mișcare termică în interiorul substanței până când este absorbit de nucleu [1] .
Reacții nucleare
Reacțiile nucleare ca urmare a interacțiunii neutronilor cu materia au loc atunci când un neutron este absorbit de nucleul unui atom. Există mai multe tipuri de reacții nucleare care implică neutroni [2] :
Captarea de neutroni radiativi
Neutronul este absorbit de nucleu, iar excesul de energie este emis sub forma unui γ-cuantic.
(A,Z) + n = (A+1,Z) + y.
În acest caz, se formează adesea un nucleu instabil, care suferă dezintegrare β:
(A+1,Z) = (A+1,Z+1) + e- + ν̃
Aceste reacții sunt tipice pentru neutroni cu energii sub 500 keV.
Reacții care produc protoni
(A,Z) + n = (A,Z-1) + p.
Aceste reacții sunt cele mai tipice pentru neutroni cu energii de 500 keV - 10 MeV.
Reacții cu formarea de particule α
(A,Z) + n = (A-3,Z-2) + α.
Aceste reacții sunt, de asemenea, caracteristice neutronilor cu energii de 500 keV - 10 MeV, dar în unele cazuri se procedează cu neutroni termici.
Reacții de fisiune
(A,Z) + n = (A1,Z1) + (A2,Z2), unde
A1+A2 = A+1; Z1+Z2 = Z; A1: A2 ≈ 2:3.
Ele apar atunci când elementele de uraniu și transuraniu sunt iradiate cu neutroni cu energii de peste 1 MeV. Pentru unii izotopi, reacțiile au loc cu neutroni termici. În timpul fisiunii se obține energie uriașă (aproximativ 200 MeV per nucleu), astfel încât reacțiile sunt folosite pentru a obține energie nucleară (reactoare nucleare, bombe nucleare).
Reacții care produc doi sau mai mulți nucleoni
Reacții precum (n,2n), (n,np), (n,3n) și altele sunt caracteristice neutronilor cu energii de peste 10 MeV și servesc adesea ca detectoare rapide de neutroni.
Răstirea neutronilor inelastici
Un neutron cu o energie de câteva sute de keV este absorbit de nucleu, transferă nucleul într-o stare excitată și apoi zboară din nucleu (nu se poate spune că același neutron a zburat, deoarece neutronii din nucleu nu pot fi distinși). ), dar cu o energie diferită.