Курс лекций по разделу физика атома и ядра

Энергетические группы

Двигаясь в средах, нейтроны проявляют удивительное многообразие свойств. Нейтроны эффективно взаимодействуют с ядрами от самых малых достижимых энергий T_n ~ 10^-7эВ до энергий в несколько сотен эВ. Нейтроны могут вступать с ядрами в различные ядерные реакции и поглощаться или испытывать на ядрах упругое или неупругое рассеяние, участвуя в диффузионном движении. Вероятности этих процессов определяется кинетической энергией нейтронов, и поэтому оказывается целесообразным разделение их по принадлежности к энергиям на определенные энергетические области или группы, для которых характерны определенные виды ядерных взаимодействий.

По величине кинетической энергии T_n нейтроны разделяются на две большие группы – медленные (0 < T_n≤ 1000 эВ) и быстрые (T_n > 100 кэВ). Замыкают эти две области энергий т.н. промежуточные нейтроны. В свою очередь, область медленных нейтронов подразделяется на холодные, тепловые и промежуточные нейтроны. Следует, однако, иметь в виду, что любая градация свойств нейтрона по энергии условна. Ниже дается одна из возможных схем подобной классификации.

холодные

                        Т_n < 0,025 эВ,

тепловые                        Т_n= 0,025 ¸ 0,5 эВ,

резонансные                   Т_n= 0,5 эВ¸ 1 кэВ.

Промежуточные           Т_n = 1 ¸ 100 кэВ.

Быстрые                         Т_n= 100 кэВ¸ 14 МэВ.

При взаимодействии с веществом у холодных нейтронов отчетливо проявляются волновые свойства. Например, де-бройлевская длина волны нейтрона

(4.9.13)

становится сравнимой с размером атома (~ 10^-8см) уже при энергии нейтрона Т_n≈ 0,02 эВ. Нейтронные волны в веществе могут испытывать дифракцию, преломление, отражение (даже полное), могут поляризоваться. В отличие от рентгеновских лучей, которые испытывают рассеяние на электронах, нейтроны рассеиваются на ядрах. Поэтому дифракция холодных нейтронов дает информацию не об электронной, а непосредственно о ядерной, т.е. атомно-молекулярной конфигурации вещества. Дифракция холодных нейтронов позволяет производить кристаллографические исследования сплавов и соединений с близкими атомными номерами, когда рентгенографические исследования оказываются бессильными. Сечение захвата нейтронов ядрами с уменьшением энергии нейтронов сильно возрастает в соответствии с законом «1/v_n», где v_n - скорость нейтронов, и в этой энергетической области может иметь громадное значение.

Получение холодных нейтронов сложный и дорогостоящий технический процесс и по этой причине они не используются в ядерной энергетике.

Энергия Т_n = 0,025 эВ определяет область тепловых нейтронов, которая соответствует комнатной температуре Т = 290 К и скорости нейтроновv_n= 2200 м/с. Эти величины часто используются в качестве стандартных для тепловых нейтронов. Энергия тепловых нейтронов определяется тепловым равновесием со средой. Поэтому тепловые нейтроны имеют большой разброс по энергиям, а заметная доля нейтронов имеет энергию больше стандартной, равной kT. Температура в ядерном реакторе значительно превышает комнатную и поэтому к тепловым нейтронам относят обычно нейтроны с энергиями до ~ 0,5 эВ. Сечения реакций нейтронов с ядрами, в том числе и приводящие к делению, в этой области также достаточно велики.

Получение тепловых нейтронов в огромных количествах является хорошо освоенным процессом, и тепловые нейтроны находят широкое применение в ядерной энергетике.

Нейтроны с энергией Т_n= 0,5 эВ¸ 1 кэВ называются резонансными потому, что в этой области для средних и тяжелых ядер сечения нейтронных реакций имеют обычно много тесно расположенных резонансов. В качестве примера на рис. 4.9.1 показана зависимость сечения деления ²³⁵Uот энергии нейтронов.

В промежуточнойобласти энергий нейтронов отдельные резонансы сливаются (исключением являются легкие ядра) и сечения в среднем падают с ростом энергии нейтронов.

Быстрые нейтроны имеют огромное прикладное значение, так как в большинстве реакций, используемых для получения свободных нейтронов, кинетическая энергия нейтронов Т_n> 100 кэВ. В ядерной энергетике значение быстрых нейтронов определяется тем, что при делении ядер рождаются быстрые нейтроны со средней энергией ~ 2 МэВ.

Сечение взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами существенно меньше, чем у тепловых или резонансных нейтронов.Полное сечение (сумма сечений всех возможных процессов) в быстрой области , гдеR - радиус ядра, а  - де-бройлевская длинаволны нейтрона (4.9.13). Главная особенность быстрой области состоит в том,что вероятность образования составного ядра в ней мала и полное сечение примерно равно сечениюрассеяния s_s,которое равно сумме сечений упругого σ_el и неупругогорассеяния σ_nel:

(4.9.14)

При энергии нейтронов Т_n> 8 МэВ сечение рассеяния на тяжелых ядрах снижается из-за конкуренции реакций (n,2n) и (n, f).

Быстрые нейтроны с энергией Т_n> 10 МэВ имеют де-бройлевскую длину волны  порядка размеров ядра и нейтронная волна может испытывать дифракционное рассеяние уже на ядрах, а вероятность рассеяния нейтронов от угла рассеяния q имеет ярко выраженную картину дифракции с главным максимумом при q = 0° и побочными при qпорядка нескольких десятков градусов.

Быстрые нейтроны после их рождения при делении ядер могут быть использованы в ядерном оружии или в реакторах на быстрых нейтронах.

Другие главы электронного учебника "Физика и математика в примерах и задачах"

Ядерная физика Строение и общие свойства атомных ядер
	Свойства ядер Заряд ядра Масса ядра и масса атома Спин, магнитный и электрический моменты ядер
Ядерная физика Модели атомных ядер
	Капельная модель Оболочечная модель Радиоактивные превращения ядер Основные законы радиоактивного распада
Ядерные реакции Деление ядер
	Механизми сечение ядерных реакций Реакции под действием заряженных частиц Термоядерный синтез Энергетический барьер деления Цепная реакция деления

Аналитическая геометрия Курс лекций по разделу Геометрия и алгебра: Кривые второго порядка, системы координат, Линейная алгебра, элементы векторной алгебры

Высшая алгебра Введение в математический анализ Элементы высшей алгебры

Математика - Функции и их графики, пределы, непрерывность функций и точки разрыва, производные и дифференциалы, свойства дифференцируемых функций, матрицы, системы линейных уравнений, комплексные числа

Первообразная функция Методы интегрирования Исследование функции на экстремум с помощью производных высших порядков Офисный переезд м. Чистые. Переезд офиса стоимость складское хранение .Вычисление определенного интеграла, объемов тел Дифференциальное исчисление функции одной переменной Песок , щебень с доставкой - Речной песок Нижний Новгород . Щебень песок керамзит блоки. Дискретная математика Элементы высшей алгебры Математический анализ, примеры решения задач Ищете необычный подарок: Подарок другу . Строение и общие свойства атомных ядер Ядерные реакции Деление ядер Какие видеоролики сегодня в моде - эротика видео онлайн . Убойная эротика и секс видео. Законы радиоактивного распада Взаимодействие нейтронов с ядрами vps хостинг Реакции с ядрами и частицамиКвантовая механика, Волновая функция Расчёт электрического поля Расчёт магнитной цепи Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей Электротехника лекции конспекты курсовые задачи