2. Основные процессы взаимодействия нейтронов с ядрами. Понятие сечения взаимодействия (Крюч. C22; Сав. C13).

При взаимодействии нейтрона с ядром: потенциальное рассеяние (рассеяние нейтронной волны на потенциале ядра) или «составное ядро» (сначала нейтрон попадает на резонансный уровень исходного ядра, внося в это ядро энергию возбуждения, равную кинетической энергии нейтрона плюс энергия связи нейтрона в ядре). Это составное ядро существует около 10^-15 секунды, а затем энергия возбуждения снимается одним из следующих процессов:

• Резонансное упругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с той же энергией, которая была у него до взаимодействия;

• Резонансное неупругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с энергией меньшей, чем у него была. Разность в энергиях компенсируется испусканием гамма-квантов;

• Радиационный захват – нейтрон переходит в составном ядре на основной уровень, образуется новый изотоп, а возбуждение снимается гамма-квантами;

• Деление ядра – составное ядро разделилось на два или несколько осколков, которые находятся в сильно возбужденном состоянии и перенасыщены нейтронами. За счет отталкивания одноименных зарядов (осколков) осколки приобретают энергию, которая выделяется в виде тепла практически в точке, где произошло деление ядра. Осколки испускают нейтроны (примерно 2-3 штуки на одно деление) и гамма-кванты.

Возможны и другие процессы, которые носят пороговый характер (энергия нейтрона больше некоторого порогового значения): (n,2n), (n,3n), (n,p) реакции.

Вероятность образования составного ядра резко возрастает, когда кинетическая энергия налетающего нейтрона совпадает с энергетическим уровнем ядра, поэтому зависимость микроскопических сечений от кинетической энергии налетающего нейтрона для процессов, идущих через составное ядро, носит ярко выраженный резонансный характер.

Понятие «микроскопического сечения»

Микроскопическое сечение взаимодействия нейтрона с ядром σ является количественной характеристикой данного типа взаимодействия (деление, радиационный захват, потенциальное рассеяние и т.д.) нейтрона и ядра. Оно пропорционально вероятности данного типа взаимодействия и зависит от кинетической энергии налетающего на ядро нейтрона и энергетической структуры ядра (то есть типа ядра). Измеряется в квадратных сантиметрах или барнах (1 барн=10^-24 см²).

Микроскопическое сечения взаимодействия – это вероятность нейтрону, падающему перпендикулярно на бесконечно тонкую пластину, испытать в ней данный вид взаимодействия, отнесенная к поверхностной плотности данной пластины [см2]

Тонкая фольга (толщина X см), площадь S см2, N (1/см3) ядер в ед. объема падает моноэнергетич. Поток нейтронов интенсивностью I (нейтр/см*с) (перпендикулярно.)

R ~ I * (N*S*X) [взаимодействие/сек] – скор. Взаимодействия

Эффективное сечение взаимодействия s = R/(INSX).

Stot = sa+ss

Sa = sc+sf+s(n2n)+…

Ss = sel + sin

3. Взаимодействие нейтронов со средой. Понятие макросечения и длины пробега (Крюч. С30).

Макроскопическое эффективное сечение – это количественная характеристика взаимодействия нейтронов со средой, которая рассчитывается как сумма по типам ядер произведения соответствующего микроскопического эффективного сечения на количество ядер данного типа в единице объема. Зависит от кинетической энергии нейтрона, состава среды и измеряется в см^-1. Физический смысл: это вероятность нейтрону испытать данный вид взаимодействия при прохождении в среде элементарного пути l, отнесенная к длине этого пути. [см-1]

Если среда состоит из смеси ядер, то макроскопическое сечение среды по отношению к процессу i рассчитывается как:

∑_i=∑_kσ_i^k×N_k,

Где σ_i^k – микроскопическое сечение i-го взаимодействия нейтронов с k-м типом ядер, N_k – количество ядер k-го типа в единице объема.

Длина свободного пробега нейтрона (лямбда) - это среднее расстояние, которое проходит нейтрон в среде от точки рождения до точки первого взаимодействия данного типа. Для больших сред рассчитывается как величина, обратная соответствующему макроскопическому сечению. Измеряется в см.

Лямбда = 1/∑_i.