Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ

ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ

ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ - уменьшение кинетич. энергии Eнейтронов в результате многократных столкновений их с атомными ядрами среды. Механизм 3. н. зависит от энергии нейтронов. Если Eбольше 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 Eс 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:

(Eи 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 E₀ до 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 Qнейтронов 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 пpи t=4.10^-4c. Диффузию нейтронов при 3. н. удобно описывать в терминах плотности замедления q, т. е. числа нейтронов

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.