Классификация нейтронов по энергиям

Для медленных нейтронов наиболее характерны реакции радиационного захвата (особенно на средних и тяжелых ядрах), а также реакции деления (особенно на тяжелых ядрах). Быстрые нейтроны, в основном, претерпевают реакции упругого рассеяния, способны выбивать частицы из ядер, а также эффективно вызывают деление некоторых тяжелых ядер (например, ²³⁸U, ²³²Th).

По характеру взаимодействия с нейтронами применяется следующая классификация нуклидов:

· Легкие нуклиды (А £ 25);

· Промежуточные нуклиды (25 < А < 150);

· Тяжелые нуклиды (А ³ 150).

Для нейтронов низких энергий (< 1 эВ) при взаимодействии с легкими нуклидами зависимость микроскопического сечения от энергии может быть описана следующей формулой:

,

где первое слагаемое описывает упругое рассеяние, а второе – радиационный захват. Для твердых тел при энергиях ниже 0,01 эВ наблюдается брэгговское обрезание, т.е. энергии, ниже которых когерентное рассеяние на кристаллической решетке невозможно.

Для тяжелых элементов при низких энергиях нейтронов:

Задачи

1. Какую долю кинетической энергии теряет нейтрон при: а) упругом лобовом соударении с первоначально покоившимися ядрами , и ; б) упругом рассеянии под углом на первоначально покоившемся дейтроне, если равен , и ?
2. Какова должна быть толщина кадмиевой пластинки, чтобы поток тепловых нейтронов при прохождении через нее уменьшился в раз?
3. Оценить, во сколько раз ослабится узкий пучок быстрых нейтронов с кинетической энергией МэВ при прохождении свинцовой пластинки толщиной см. Считать, что эффективное сечение ядра ; − радиус ядра; − приведенная длина волны де Бройля для нейтрона.
4. В центре сферического слоя графита, внутренний и внешний радиусы которого см и см находится точечный источник нейтронов с кинетической энергией МэВ. Интенсивность источника с^-1. Сечение взаимодействия нейтронов данной энергии с ядрами углерода барн. Определить плотность потока нейтронов на внешней поверхности графита, проходящих данный слой без столкновений.
5. Интенсивность узкого пучка медленных моноэнергетических нейтронов уменьшается в раз при прохождении через пластинку естественного изотопного состава бора. Массовая толщина пластинки г/см². Определить энергию нейтронов, имея в виду справедливость в данном случае соотношения .
6. Пучок нейтронов с энергиями в диапазоне, для которого сечение реакции пропорционально , проходит через тонкую фольгу из массовой толщиной мг/см². Какова средняя скорость нейтронов, если известно, что выход реакции равен ?
7. Тонкий образец металлического натрия, масса которого г, поместили в изотропное поле тепловых нейтронов с плотностью потока нейтронов см^-2∙с^-1. Считать скорость образования радионуклида постоянной, определить: а) активность образца при насыщении и относительную долю накопившихся в этом состоянии ядер ; б) промежуток времени облучения, через который активность образца будет равна активности при насыщении.
8. Удельная активность золотой фольги, предварительно активированной нейтронами, мКи/г. Сколько времени необходимо дополнительно облучать эту фольгу в поле тепловых нейтронов с плотностью потока см^-2∙с^-1, чтобы увеличить ее активность в раз?
9. Тонкую пластинку меди облучают в изотропном поле тепловых нейтронов с плотностью потока см^-2∙с^-1. Определить удельную активность пластинки через ч после начала облучения.
10. Тонкую индиевую фольгу массой г облучали изотропным потоком тепловых нейтронов в течение ч. Через ч после окончания облучения активность фольги оказалась мКи. Определить плотность потока нейтронов .

Рекомендуемая литература

1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. СПб – М – Краснодар: Лань, 2009. Т.1. С. 297 – 363.

1. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука,1980. С. 430 – 464.
2. Иванов В.И. Курс дозиметрии. М., Атомиздат, 1978. С. 12 – 36.

4. Shultis J.K., Faw R.E. Radiation shielding. Illinois: American Nuclear Society, Inc., 2000. P. 28 – 72.

5. Иродов И. Е. Задачи по квантовой физике. М.: Высш. школа, 1991.

6. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.

1. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегре. М.: Изд-во иностр. лит. Т. 1, 1955; Т. 2, 1955, Т. 3, 1961.

8. http://www.nndc.bnl.gov/

Ответы