2. Физические характеристики нейтрона

Масса А=1; заряд Z=0; спин и четность J^=(1/2)⁺; дефект массы M=8,071 МэВ;

магнитный момент =-1,91_N, где -ядерный магнетон.

Свободный нейтрон распадается .

Каким образом можно обнаружить нейтронное излучение? Нейтроны проявляются за счет следующих видов взаимодействия:

• Упругое и неупругое рассеяние (ядра отдачи, -кванты);

• Радиационный захват (n,);

• Ядерные реакции с вылетом заряженных частиц, например,: .

• Ядерная реакция деления (n,f).

• Фотоядерные реакции: .

• Спонтанное деление ядер: .

• Реакция скалывания c протонами высоких энергий: p+Ядронейтроны + осколки.

Инструментарий:

• Ускорители заряженных частиц;

• Ядерные установки (реакторы, плазменный фокус, лазеры и др.);

• Изотопные источники (Be+Po; ²⁵²Cf и др.);

• Ядерный взрыв.

3. Взаимодействие нейтронов с веществом

В силу важности нейтронного излучения, как в прикладном, так и научном плане, энергетический интервал условно разбивают на следующие области (см. таблицу 6.1):

Таблица 6.1

№	Энергетический диапазон	Тип нейтронов	Диапазон длин волн
1.	En>10 МэВ	нейтроны больших энергий	<10-13 см
2.	0,1<En<10 МэВ	нейтроны промежуточных энергий	10-12>>10-13см
3.	0,1эВ<En<0,1МэВ	нейтроны малых энергий	10-9>>10-12см
4.	10-2 эВ<En<0,1 эВ	тепловые нейтроны	10-8см
5.	10-5эВ<En<10-2эВ	холодные нейтроны	10-8>>10-6см
6.	En<10-5эВ	ультрахолодные нейтроны	>10-6см

. ЕкТ; ТЕ/к;

для энергии 1 эВ соответствующая температура будет:

Взаимодействие нейтронов с веществом в значительной степени зависит от их энергии. При больших энергиях (E_n>10МэВ) длина волны нейтрона меньше радиуса ядра (R) и поэтому эффективное сечение определяется лишь поперечными размерами рассеивающего ядра (R²). Наоборот, при малых энергиях, когда длина волны нейтрона значительно больше размеров ядра, эффективное поперечное сечение определяется длиной волны рассеиваемого нейтрона (²). Схематическая зависимость поперечного сечения взаимодействия нейтронов от энергии (функция возбуждения) представлена на рис. 6.5.

Как видно из вышеприведенного длина волны холодного нейтрона сравнима с междуатомными промежутками, а длина волны ультрахолодного нейтрона на несколько порядков больше чем расстояние между атомами в кристаллической решетке. Эти свойства делают холодные и ультрахолодные нейтроны прекрасным инструментом для исследований в физике твердого тела. Длина волны нейтронов больших энергий меньше радиуса ядра. Это позволяет использовать их для изучения свойств последнего. Тоже можно сказать и о нейтронах промежуточных энергий.

Нейтроны малых энергий характеризуются тем, что их энергия попадает в диапазон энергий возбуждения ядра (Е_возб=Е_{св.нейтр}+Е_нейтр.), где имеются ещё изолированные уровни возбуждённого ядра. На эксперименте это приводит к резонансному усилению поперечного сечения взаимодействия и наблюдается в энергетической зависимости последнего в виде резонансов.

Рис. 6.5. Энергетическая зависимость сечения рассеяния нейтронов.