Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Если для тепловых и резонансных нейтронов сечение радиационного захвата изменяется от изотопа к изотопу нерегулярно, то в
55 области энергий нейтронов выше 10—100 кэв сечение достаточно плавно зависит от энергии нейтронов и плавно изменяется в функции атомного номера ядер, если не принимать во внимание магические и близкие к ним ядра.
(п, 2/г)-Реакции возможны при энергии нейтрона выше энергии связи нейтрона в ядре мишени. Эти реакции можно использовать для регистрации быстрых нейтронов, если образуются нестабильные изотопы с удобными для измерений периодами полураспада. Довольно часто в результате (п, 2/г)-реакции образуются ядра, нестабильные относительно позитронного распада. В этом случае выделение наведенной радиоактивности упрощается, так как регистрация позитронов по аннигиляционному излучению позволяет избавиться от фона сопутствующих реакций, идущих с большей вероятностью. Использование (п, 2п)-реакций с различными порогами позволяет оценить спектр быстрых нейтронов. Сечение (п, 2п)-реак-ции очень резко растет вблизи порога. Сечение этой реакции в максимуме достигает 0,2—1,0 барн.
Деление ядер, (п, /)-Реакция деления очень удобна для регистрации нейтронов, поскольку в ней образуются осколки деления с высокой энергией. Свойства осколков деления и их прохождение в среде были описаны выше. Здесь рассмотрим лишь сечения деления ядер нейтронами.
Изотопы тория, урана и трансурановых элементов могут делиться при поглощении нейтрона. Вероятность деления существенно зависит от энергии возбуждения ядра. Если при поглощении нейтрона энергия возбужденного состояния выше кулоновского барьера для образуемых осколков деления, то вероятность деления велика. Если же энергия возбуждения ниже кулоновского барьера, то деление сильно заторможено, поскольку осколки деления преодолевают в этом случае кулоновский барьер туннельным переходом. Деление тяжелых ядер на два осколка энергетически выгодно, поэтому возможно спонтанное (самопроизвольное) деление ядер. Среднее время жизни относительно спонтанного деления велико и для изотопов плутония, урана и тория лежит в пределах IOlo-IO18 лет.
Энергия связи нейтрона в четно-четных ядрах обычно выше энергии связи нейтрона в четно-нечетных ядрах. Поскольку значение кулоновского барьера для изотопов одного элемента одно и то же, то четно-нечетные изотопы имеют эффективные пороги деления ниже, чем четно-четные. Этим и объясняется тот факт, что изотопы 233U, 235U, 238Pu делятся с большой вероятностью при поглощении тепловых нейтронов, а такие изотопы, как 232Th, 238U, 240Pu, с большей вероятнсстью делятся, если энергия поглощенного нейтрона выше 1,5—0,5 Мэв.
Сечения деления 233U, 235U и 239Pu можно считать постоянными в области энергий 0,1— 5 Мэв (с погрешностью 10—20%) и равными соответственно 2; 1,2 и 1,8 баря.Сечение деления 238U в области энергий 2—6 Мэв равно примерно 0,5 барн и в области 7—10 Мэв —
56 примерно 1 барн. Сечения деления 233U1 235U и 239Pu тепловыми нейтронами равны соответственно 527, 582 и 746 барн.
При делении ядер, кроме осколков деления, испускается в среднем 2,5—3,5 нейтрона со средней энергией около 2 Мэв на каждый акт деления и 5—7 у-квантов со средней энергией около 1 Мэв. Имеются и запаздывающее у-из лучение, и запаздывающие нейтроны, которые испускаются нестабильными осколками деления.
Заметим, что все делящиеся ядра нестабильны относительно а-распада. Если время жизни ядер относительно а-распада не очень велико, то образцы делящихся элементов имеют очень высокую удельную а-активность. Например, 1 мг 239Pu испускает 2-Ю6 а-части-ца/сек (период полураспада равен 2,4-104 лет). Высокая удельная а-активность в некоторых случаях затрудняет использование таких элементов для регистрации нейтронов.
Деление ядер возможно и при поглощении у-кванюв, если их энергия выше эффективного порога деления. Сечение фотоделения значительно меньше сечения деления быстрыми нейтронами. Например, сечение фотоделения 238U у-квантами с энергией 7 Мэв равно примерно 20 мбарн, т. е. в 50 раз меньше, чем сечение деления быстрыми нейтронами. Это, в частности, означает, что регистрация быстрых нейтронов по осколкам деления возможна в том случае, если потоки быстрых нейтронов больше потоков у-квантов с большой энергией.
Список литературы
1. Калашникова В. И, Козодаев М. С. Детекторы элементарных частиц. Гл. 1. M., «Наука», 1966.
2. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегре. Пер. с англ. Т. I. Ч.І1. M., Изд-во иностр. лит., 1955.
3. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегре. Пер. с англ. Т. II. Ч. VII. M., Изд-во иностр. лит., 1955.
4. Принципы и методы регистрации элементарных частиц. Составители — редакторы Люк К. Юан, By Цзянь-сюн. Пер. с англ. Гл. I. M., Изд-во иностр. лит., 1963.
5. Альфа-, бета, и гамма-спектроскопия. Под ред. У. Зигбана. Пер. с англ. Вып. 1. M., Атомиздат, 1969.
6. Юз Д. Дж. Нейтронные эффективные сечения. Пер. с англ. M., Изд-во иностр. лит., 1959.
ГЛАВА 3 ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЙ
Экспериментальную информацию о свойствах ядра в ядерной физике в большинстве случаев получают или при изучении процесса столкновения элементарных частиц и ядер с ядрами. Чтобы проводить эти эксперименты, необходимо генерировать элементарные частицы и ядра с заранее заданными значениями импульса и энергии. Устройство для получения ядерных частиц с нужными свойствами назовем источником излучения.
