Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
1099 41.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЙТРОНА
При рассмотрении процесса переноса нейтронов в среде учитывается, что времена, характерные для взаимодействия нейтрона с ядрами среды, значительно меньше его периода полураспада. Поэтому нейтрон в данном случае считается долгоживущей и устойчивой частицей.
В свободном состоянии нейтрон радиоактивен. Ниже приведены основные характеристики нейтрона:
масса покоя m„= 1,674 9286( 10)-IO"27 кг 1171;
энергетический эквивалент массы покоя нейтрона
Е°п =TnnCi=939,573 1(27) МэВ [11];
заряд |<7„|<10-21[<7е|. Qe- заряд электрона [181;
схема распада пв—*-р++ег-|-v;
период полураспада Tiii= 10,13(9)—10,69(13) мин [И];
граничная энергия ?-спектра Erp=782,43 (4) кэВ
[п];
спин Sn= ±Ц2 [11];
магнитный момент ц„= 1,913 042 75(45)цк [17];
комптоновская длина волны Я-с, K=Wmnc= = 1,319 590 9(22) ¦ 10-la м [17].
Верхняя оценка значения электрического дипольного момента нейтрона dn, полученная в экспериментах с ультрахолодными нейтронами, дает отношение d„/e<. <6-Ю-27 [11]. Нейтрон принято считать электрически нейтральной или обладающей очень малым электрическим зарядом (порядка IO19 qc) частицей.
Для нейтрона как элементарной частицы характерно проявление волновых свойств, для описания которых с частицей связывается волна с длиной к, м, определяе-
мой соотношением де Бройля
X = h/р = 2,86- IO-11/ \/Г~Еп »
где h — постоянная Планка; р — импульс нейтрона; En — энергия нейтрона, эВ. Соотношение справедливо в случае малой релятивистской поправки (рис. 41.1). Отклонение от прямой линии наблюдается при энергиях выше IO8 эВ и обусловлено релятивистскими эффектами при высоких энергиях. Волновые свойства наиболее отчетливо проявляются при низких энергиях; например, при ?„=0,0253 эВ значение 1K сравнимо с размерами атома (табл. 41.1) Нейтроны таких энергий дифрагируют на кристаллической решетке подобно рентгеновскому излучению [19]
Я,м
ю-10
Ю-11
ю-а ю-13
ю-«
IO-1' 10
KT3 0,1 10 W3 IO5 107 En, ЭВ
Рис. 41.1. Зависимость длины волны нейтрона от энергии [8]
Массовое число Еп<1000 эВ I 1< Еп< SOO КЭВ I 0,5* En <20 МэВ I I
{ Разрешенные резонансы
А<25
J Резонансное рассеяние, j реакции (п,р), (п, OL), (п,2п)
-1- -1- Разрешенные Перекрывающиеся Непрерывный \резонансы резонансы спектр
25<A<BQ Резонансное рассеяние, | радиационный захват | Потенциальное рассеяние j ^Реакции (п,р), (п,а) и (n,2n)f
ZZZeZe ne^ZTcff Tpepuem'" cne^p
А >80 Радиационный захват j Неупругое рассеяние, ¦
Рис. 41.2. Систематика ядерных реакций с участием нейтронов [9]
1100 Таблица 41.1. Некоторые характеристики нейтронов различных энергий [8]
Группа Энергия, эВ Температура, К Скорость, м/с Длина волны, м
Ультрахолодные (< Ю-7 эВ) Холодные (Ю~7—10~2 эВ) Тепловые (0,01—0,1 эВ) Резонансные (0,1— 50 эВ) Медленные (50—500 эВ) Промежуточные (500—IO5 эВ) Быстрые (IO6-IO7 эВ) Больших энергий (IO7—IO9 эВ) Релятивистские (> IO9 эВ) IO"7 10-® 0,0253 1,0 100 IO4 IO6 IOs 10»° 1,1-10_3 11,6 293 1,16-IO4 1,16-106 1,16-IO8 1,16-10" 1,16-IO12 1,16-IO14 0,44 4.37-IO2 2200 1.38-IO4 1,38-IO5 1,38-10« 1,38-10' 1,28-IO8 2,99-IO8 0,9-10-« 9,04-10"10 1,80-IO-10 2,86-10-11 2,86-10~12 2,86-10-13 2,86-Ю-14 2,79-10-? 1,14-10-16
Энергией нейтронов определяется вид их взаимодействия с ядрами среды {рис. 41.2). При анализе данных, представленных на рис. 41.2, следует учитывать, что границы энергетических интервалов носят условный характер и перекрываются
41.3. НЕЙТРОННЫЕ СЕЧЕНИЯ
Для описания ядерных реакций под действием нейтронов используется запись [20]
и + X Y+b + Q,
что соответствует взаимодействию нейтрона с ядром X, в результате чего образуются ядро Y и частица Ь, которая может быть сложным ядром. Тепловой эффект, или энергия реакции Q, равна разности масс частиц до и после реакции:
Q = Eb +Ey-En,
где Eу и Еь — кинетические эиергии продуктов реакции. Если Q>0, то реакция называется экзоэнергетиче-ской и протекает при любой кинетической энергии нейтрона. Если Q<0, то реакция эндоэнергетическая, она не может происходить до тех пор, пока энергия нейтрона не превзойдет значения, называемого пороговой энергией реакции Епор:
( IQI в системе центра масс (СЦМ); ^nop = і
I IQI {М+\)1М в лабораторной системе координат (ЛСК),
где M — масса ядра X, выраженная в нейтронных массах.
Микроскопическое сечение взаимодействия Oi реакции типа і рассматривается как число событий данного-типа і в единицу времени, отнесенное к одному ядру вещества и деленное на число частиц, попадающих в единицу времени на поверхность единичной площади. В расчетах часто используется величина
2I = Р°г >
где Si — в см-1; р — концентрация ядер в веществе, г/см3; сTi — микроскопическое сечение, см2. В литературе по нейтронной физике иногда встречается внесистемная единица сечения барн, которая связана с единицей СИ соотношением 1 б =10-28 м2. Макроскопическое сечение 2і рассматривается как вероятность нейтрона испытать акт рассеяния или поглощения на отрезке длиной 1 см.
