замедление нейтронов

ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ - уменьшение кинетич. энергии E нейтронов в результате многократных столкновений их с атомными ядрами среды. Механизм 3. н. зависит от энергии нейтронов. Если E больше порога неупругого рассеяния нейтрона на ядре (E_ну@0,1 - 10 МэВ), то нейтроны расходуют энергию гл. обр. на возбуждение ядер и ядерные реакции, сопровождающиеся вылетом нейтронов. При одном соударении нейтрон в среднем теряет значит. долю своей энергии и после небольшого числа столкновений (часто одного) переходит в область энергий E<E_ну. Дальнейшее 3. н. происходит только за счёт упругого ядерного рассеяния. Если E/0,1-0,3 эВ, то можно пренебречь тепловым движением и хим. связью атомов среды и рассматривать ядра как свободные и покоящиеся. При этом рассеяние практически изотропно в системе центра масс нейтрон-ядро, и при одном соударении с ядром с массовым числом А нейтрон с энергией E с равной вероятностью может передать ядру любую энергию в интервале от 0 до 4AE/(A+1)². Соответственно, его ср. потеря энергии равна 2АE/(A+1)², т. е. пропорц. E, а среднелогарифмическая (усреднённая по углам рассеяния нейтронов) потеря энергии при одном соударении:

(E и E' - энергии до и после соударения). Т. о., x не зависит от энергии нейтрона. Поэтому x удобно использовать как характеристику упругого 3. н. (для среды, состоящей из смеси ядер с разными А, x усредняется по концентрациям с весом, пропорц. сечению рассеяния s_р, что может привести к слабой зависимости x от E). Для водорода x = 1 и монотонно убывает с ростом А (см. табл.).

Параметры упругого замедления нейтронов в некоторых веществах

* При З. н. от ср. энергии нейтронов деления до тепловой энергии.

Ср. число столкновений m, требуемое для 3. н. от энергии E₀ до E, равно m=u/x, где величина u=ln(E₀/E) наз. летаргией нейтронов. Захват нейтронов ядрами в лёгких веществах в процессе 3. н. несуществен, т. к. сечения захвата s₃ нейтронов малы по сравнению с сечением рассеяния s_р; в тяжёлых веществах из-за большого т заметное число нейтронов может захватиться при 3. н. до малых энергий. Доля нейтронов, избежавших захвата при 3. н. от энергии E₀до E, равна

где R_g (E₀, E) - т. н. резонансный интеграл захвата нейтронов, равный:

Энергетич. распределение упруго замедляющихся нейтронов N(E)в случае непрерывно излучающегося моноэнергетич. нейтронного источника интенсивностью Q нейтронов в 1с с энергией нейтронов E₀ в большом (утечкой нейтронов можно пренебречь) объёме однородного вещества в отсутствие захвата описывается ф-лой (спектр Ферми):

где l_p - длина свободного пробега нейтрона до рассеяния, v - его скорость. Отношение x/l_p наз. замедляющей способностью вещества. Учёт захвата приводит к появлению в ф-ле (4) множителя Р(E, E₀), т. е. сдвигает спектр в сторону больших энергий ("ужесточает"). В случае импульсного источника нейтроны при упругом 3. н. в однородной среде после I/x соударений в каждый момент времени t после импульса группируются по энергии вблизи ср. энергии

(m_n - масса нейтрона), причём тем теснее, чем тяжелее среда [с дисперсией].

Эта особенность позволяет измерять энергию нейтронов по времени замедления в тяжёлых замедлителях (см. Нейтронная спектроскопия). Время 3. н. при E₀>>E определяется ф-лой (5), т. е. пропорционально l_p/x, в Рb при t=4.10^-4c. Диффузию нейтронов при 3. н. удобно описывать в терминах плотности замедления q, т. е. числа нейтронов

в 1 см³, "пересекающих" за 1с данное значение энергии при движении по энергетич. шкале; q связана с пространственно-энергетич. плотностью нейтронов п (числом нейтронов в 1 см³ в единичном энергетич. интервале) соотношением: q=nvx/l_p и удовлетворяет т. н. уравнению возраста Ферми (в случае среды без поглощения): дq/дt
Здесь t - среднее время 3. н. от энергии E₀ до энергии E. - ср. транспортная длина свободного пробега (ср. длина, проходимая нейтроном в первонач. направлении), -ср. косинус угла рассеяния. Величина t наз. возрастом нейтронов; кроме того, величина 6t имеет смысл ср. квадрата расстояния, на к-рое. удаляется нейтрон в безграничной однородной среде при замедлении от энергии E₀ до E. Величина при 3. н. до тепловой энергии наз. длиной 3. н. В безграничной однородной среде без поглощения в случае точечного моноэнергетич. источника нейтронов единичной интенсивности решение ур-ния (5) даёт
Утечка нейтронов наружу сказывается, когда размеры среды Как и поглощение нейтронов, она приводит к "ужестчению" нейтронного энергетич. спектра в среде. При энергиях E<0,1-0,3 эВ на рассеяние нейтронов влияют хим. связь и тепловое движение атомов. Скорость 3. н. снижается, и спектр нейтронов стремится к равновесному, обычно близкому к максвелловскому. 3. н. в этой области энергии наз. термализацией нейтронов. Нейтроны образуются в ядерных реакциях обычно с энергией /1 МэВ. 3. н. является способом трансформации их в тепловые, к-рые используются в ядерной энергетике (см. Ядерный реактор ),при исследовании конденсир. сред (см. Нейтронография)и др. Лит. см. при ст. Диффузия нейтронов. М. В. Казарновский.

   <<      Предметный указатель      >>