Взаимодействие нейтронов со средой. Понятие макросечения и длины пробега.

Основные процессы взаимодействия нейтронов с ядрами. Понятие сечения взаимодействия.

При взаимодействии нейтрона с ядром всегда имеет место потенциальное рассеяние – рассеяние нейтронной волны на потенциале ядра. Остальные реакции идут через «составное ядро», то есть сначала нейтрон попадает на резонансный уровень исходного ядра, внося в это ядро энергию возбуждения, равную кинетической энергии нейтрона плюс энергия связи нейтрона в ядре. Это составное ядро существует около 10^-15 секунды, а затем энергия возбуждения снимается одним из следующих процессов:

· Резонансное упругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с той же энергией, которая была у него до взаимодействия;

· Резонансное неупругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с энергией меньшей, чем у него была. Разность в энергиях компенсируется испусканием гамма-квантов;

· Радиационный захват – нейтрон переходит в составном ядре на основной уровень, образуется новый изотоп, а возбуждение снимается гамма-квантами;

· Деление ядра – составное ядро разделилось на два или несколько осколков, которые находятся в сильно возбужденном состоянии и перенасыщены нейтронами. За счет отталкивания одноименных зарядов (осколков) осколки приобретают энергию, которая выделяется в виде тепла практически в точке, где произошло деление ядра. Осколки испускают нейтроны (примерно 2-3 штуки на одно деление) и гамма-кванты.

Возможны и другие процессы, которые носят пороговый характер, т.е. реадизуются только если энергия нейтрона больше некоторого порогового значения: (n,2n), (n,3n), (n,p) реакции.

Вероятность образования составного ядра резко возрастает, когда кинетическая энергия налетающего нейтрона совпадает с энергетическим уровнем ядра, поэтому зависимость микроскопических сечений от кинетической энергии налетающего нейтрона для процессов, идущих через составное ядро, носит ярко выраженный резонансный характер.

Понятие «микроскопического сечения»

Микроскопическое сечение взаимодействия нейтрона с ядром σ является количественной характеристикой данного типа взаимодействия (деление, радиационный захват, потенциальное рассеяние и т.д.) нейтрона и ядра. Оно пропорционально вероятности данного типа взаимодействия и зависит от кинетической энергии налетающего на ядро нейтрона и энергетической структуры ядра (то есть типа ядра). Измеряется в квадратных сантиметрах или барнах (1 барн=10^-24 см²).

Взаимодействие нейтронов со средой. Понятие макросечения и длины пробега.

Макроскопическое эффективное сечение – это количественная характеристика взаимодействия нейтронов со средой, которая рассчитывается как сумма по типам ядер произведения соответствующего микроскопического эффективного сечения на количество ядер данного типа в единице объема. Зависит от кинетической энергии нейтрона, состава среды и измеряется в см^-1. Физический смысл – это вероятность взаимодействия данного типа на единичном пути в среде.

Если среда состоит из смеси ядер, то макроскопическое сечение среды по отношению к процессу i рассчитывается как:

∑_i=∑_kσ_i^k×N_k,

Где σ_i^k – микроскопическое сечение i-го взаимодействия нейтронов с k-м типом ядер, N_k – количество ядер k-го типа в единице объема.

Длина свободного пробега нейтрона - это среднее расстояние, которое проходит нейтрон в среде от точки рождения до точки первого взаимодействия данного типа. Для больших сред рассчитывается как величина, обратная соответствующему макроскопическому сечению. Измеряется в см.