Прохождение нейтронов через вещество

Проходя сквозь вещество, нейтроны вызывают различные ядерные реакции и упруго рассеиваются на ядрах. Интенсивностью этих микроскопических процессов, в конечном счете, определяются все макроскопические свойства прохождения нейтронов через вещество, такие, как замедление, диффузия, поглощение и т. д. Так как нейтрон имеет нулевой электрический заряд, он практически не взаимодействует с электронами атомных оболочек. Поэтому атомные характеристики среды не играют никакой роли в распространении нейтронов в веществе. Это чисто ядерный процесс.
Сечения различных нейтрон-ядерных реакций зависят от энергии нейтронов, сильно и нерегулярно изменяются от ядра к ядру при изменении A или Z. Сечения взаимодействия нейтронов с ядрами в среднем растут по закону "1/v" при уменьшении энергии нейтрона. По этому свойству нейтроны разделяются на две большие группы – медленных и быстрых нейтронов. Граница между этими группами не является строго определённой. Она лежит в области 1000 эВ. Заметим, что “медленность” медленных нейтронов весьма относительна. Даже нейтрон с энергией 0.025 эВ имеет скорость 2 км/сек.
Медленные нейтроны принято подразделять на холодные, тепловые и резонансные.
Холодными называют нейтроны с энергиями ниже 0.025 эВ:

У холодных нейтронов очень сильно проявляются волновые свойства, т.к. длина волны холодного нейтрона намного больше междуатомных расстояний.
Энергия Е_тепл = 0.025 эВ определяет порядок энергий тепловых нейтронов.

Нейтроны с энергиями от 0.5 эВ до 1 кэВ называют резонансными, потому что в этой области для средних и тяжёлых ядер полное нейтронное сечение велико и его зависимость от энергии представляет собой густой частокол резонансов.

Нейтроны с энергиями от 1 до 100 кэВ называют промежуточными. Часто в промежуточные включают и резонансные нейтроны. В этой области энергий отдельные резонансы сливаются (исключением являются лёгкие ядра) и сечения в среднем падают с ростом энергии.
К быстрым относят нейтроны с энергиями от 100 кэВ до 14 МэВ.

, (n,n) σr       , (n,n') σin       , (n,γ) σγ       , (n,f) σf

(4.29)

(4.30)

(4.31)

(4.32)

· Столкновение нейтрона с ядром без образования промежуточного ядра, когда происходит обмен только кинетической энергией нейтрона с ядром (процесс, аналогичный соударению двух абсолютно упругих тел), называется реакцией упругого потенциального рассеяния.

· Реакция (4.29), в ходе которой промежуточное ядро после испускания нейтрона оказывается в основном состоянии, с точки зрения обмена энергией нейтрона с ядром ничем не отличается от потенциального рассеяния и называется реакцией упругого резонансного рассеяния. Однако вероятность этих процессов весьма различны и по-разному зависят от кинетической энергии налетающего нейтрона.

· В реакции (4.30) промежуточное ядро после испускания нейтрона оказывается в возбужденном состоянии и остаток энергии возбуждения сбрасывает в виде γ-кванта. Эта реакция, называемая реакцией неупругого рассеяния, также приводит к снижению энергии нейтрона, но при этом часть его кинетической энергии уносится в виде энергии γ-кванта.

· В реакции (4.31) вся энергия возбуждения промежуточного ядра сбрасывается в виде γ-кванта и в основном состоянии остается ядро более тяжелого изотопа, имеющего массовое число на единицу больше, чем у ядра-мишени. Эта реакция называется реакцией радиационного поглощения.

· Реакция (4.32) – реакция деления – может протекать на тяжелых ядрах, для которых процесс деления один из энергетически выгодных каналов сброса энергии возбуждения.