диффузия нейтронов

ДИФФУЗИЯ НЕЙТРОНОВ - распространение нейтронов в веществе, сопровождающееся многократным изменением их энергии и направления движения в результате столкновений с атомными ядрами. Д. н. аналогична диффузии атомов и молекул в газах и подчиняется тем же закономерностям. Важнейшими характеристиками столкновений нейтронов с атомными ядрами, определяющими Д. н., являются длины свободного пробега до рассеяния и до поглощения (и - число атомов среды в 1 см³, - сечения рассеяния и поглощения нейтронов) и ср. косинус угла рассеяния (в лаб. системе) . Величина , называемая транспортной длиной свободного пробега, равна ср. расстоянию, проходимому нейтроном в направлении первоначального движения (в среде, не поглощающей нейтроны). Величины и (v - скорость) наз. коэф. диффузии и средним временем жизни в среде.

Быстрые нейтроны (с энергией, во много раз большей энергии теплового движения частиц среды) при диффузии отдают энергию среде и замедляются (см. Замедление нейтронов). В слабопоглощающих средах значит. доля нейтронов замедляется до тепловой энергии - термализуется. Тепловой нейтрон (TH) диффундирует в среде, пока не поглотится одним из атомных ядер или не выйдет за её границу (бета-распад нейтрона крайне редок в конденсированной среде).

Осн. параметры диффузии TH - усреднённый по Максвелла распределению их скоростей (соответствующему темп-ре среды) коэф. диффузии D_Т и ср. квадрат расстояния между точками образования и поглощения TH в безграничной однородной среде, равный 6L², где -т.н. длина диффузии TH (T - ср. время жизни TH в среде). Соответственно ср. квадрат расстояния между точками образования быстрого нейтрона (в ядерной реакции) и его поглощения равен , где - т. н. возраст TH; величина M наз. длиной миграции нейтронов.

Параметры диффузии тепловых нейтронов для некоторых веществ

Осн. закономерности диффузии TH можно рассмотреть с помощью ур-ния диффузии:

где - число TH в 1 см³ вблизи точки r в момент времени t, S - т. н. плотность замедления нейтронов (число нейтронов в 1 см³, пересекающих за 1 с данное значение энергии при движении по энергетич. шкале) до тепловой энергии. В случае ограниченной среды (в отсутствие потоков TH извне) граничное условие для ур-ния (1): =0 на границе, удалённой от истинной границы среды на расстояние . В случае импульсного источника нейтронов и ограниченного объёма среды при , где , В² - т. н. геом. параметр [для куба со стороной а ]. Это свойство диффузии TH используется для измерения D_T и T. Величину L можно измерять непосредственно: на большом расстоянии z от плоского стационарного источника r ~ .

Особенности Д. н. обусловлены большой даже в конденсиров. средах, а в случае сред, не содержащих водород,- также малым относит. изменением их энергии при одном столкновении. Поэтому нейтроны медленно приходят в тепловое равновесие со средой, и если среда неоднородна или поглощает нейтроны разных энергий неравновероятно, то распределение их по скоростям может заметно отличаться от макс-велловского.

Д. н. играет существ. роль в работе ядерных реакторов, а также при использовании нейтронов для неразрушающего элементного и структурного анализа (см. Активационный анализ), в частности в геофизике для нейтронного каратажа скважин. В этой связи часто требуется рассчитать потоки нейтронов как ф-ции координат и скоростей (а иногда и времени). Эти потоки описываются кинетическим уравнением Больцмана. Наиб. универсальный метод их численного расчёта - Монте-Карло метод.

Лит.: Бекурц К., Виртц К., Нейтронная физика, пер. с англ., M., 1968; Марчук Г. И., Лебедев В. И., Численные методы в теории переноса нейтронов, 2 изд.,M., 1981; Теоретические и экспериментальные проблемы нестационарного переноса нейтронов, под ред. В. В. Орлова, Э. А. Стумбура, M., 1972; Смелов В. В., Лекции по теории переноса нейтронов, 2 изд., M., 1978; Шапиро Ф. Л., Собр. трудов, кн. 1 - Физика нейтронов, M., 1976; Франк-Каменецкий А. Д., Моделирование траекторий нейтронов при расчёте реакторов методом Монте-Карло, M., 1978. M. В. Казарновский.

   <<      Предметный указатель      >>