Oddziaływanie neutronów z materiš

Rozszczepienie może być wywołane przez bombardowanie czšstkami lub promieniowaniem elektromagnetycznym, doprowadzajšcym do rozszczepianego jšdra energię dostatecznš dla zajcia tego procesu. Szczególnie dobrze do wzbudzania rozszczepienia nadajš się neutrony, które nie posiadajšc ładunku łatwo mogš wnikać do jšdra. Energia pochłanianego neutronu musi być przy tym większa od pewnej wartoci progowej, charakterystycznej dla rozszczepianego nuklidu. Na energię tę składa się energia wišzania neutronu w wytworzonym jšdrze złożonym i energia kinetyczna ruchu względnego. W pewnych przypadkach jak np. dla jšdra U, już sama energia wišzania neutronu jest wyższa od energii progowej i rozszczepienie może być wywołane przez neutrony o najniższych nawet energiach, dla U rozszczepienie następuje dopiero przy pochłonięciu neutronu prędkiego.

Poniższa tabelka przedstawia energie progowe niektórych jšder rozszczepialnych i energie wišzania neutronów w jšdrze złożonym.

Tabela 2.261-I str.525: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Szczególnie łatwo ulegajš rozszczepieniu jšdra, w których pochwycenie neutronu prowadzi do jšdra złożonego o parzystej liczbie neutronów przy parzystej również liczbie protonów. Zwišzane to jest z występowaniem dodatkowej energii na wišzaniem nukleonów w pary.

Prawidłowoci występujšce w rozszczepieniu jšder na przykładzie jšdra U, które powstaje z jšdra U przez pochwycenie neutronu:
1. Przekrój czynny na rozszczepienie przy najniższych energiach neutronów zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do ich energii. W obszarze energii od 0,28 eV do 1000 eV występuje wiele blisko siebie leżšcych rezonansów, odpowiadajšcych poziomom energetycznym jšdra złożonego. Przy jeszcze wyższych energiach przekrój czynny spada do minimum w okolicach 1 MeV, ronie wskazujšc szerokie maksimum w pobliżu 2 MeV, znowu maleje i ponownie wzrasta dla energii większych od 6 MeV.

Zależnoć od energii neutronów przekroju czynnego na rozszczepienie jšder ²³⁵U.
rys.2.461-2. str.525: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Dla niektórych jšder rozszczepialnych np. Np, występuje w obszarze rezonansowym struktura porednia objawiajšca się występowaniem nie równomiernie rozłożonych rezonansów, jakby można było oczekiwać dla jšdra złożonego, lecz grup rezonansów w pobliżu energii 40 eV, 100 eV, 200 eV, jak widać na poniższym rysunku.

Struktura porednia w rezonansowym przekroju czynnym na rozszczepioenie jšdra ²³⁷Np pod wpływem neutronów.
rys.2.461-3. str.526: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

2. Przebieg w czasie zjawisk zwišzanych z procesem rozszczepienia przedstawiony jest schematycznie na poniższym rysunku.

Przebieg procesu rozszczepienia jšdra.
rys.2.461-4. str.526: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Rozpad jšdra złożonego na dwa lżejsze fragmenty następuje po czasie rzędu 10s. Ponieważ względna zawartoć neutronów jest większa dla jšder ciężkich niż dla jšder o redniej masie, powstajšce fragmenty majš duży stosunkowo nadmiar neutronów. Pewna ich liczba zostaje wyemitowana już po bardzo krótkim czasie po rozszczepieniu, rzędu 10s. Neutrony te nazywamy natychmiastowymi. Liczba ich zależy od rozszczepiajšcego się nuklidu i dla U wynosi rednio 2,43 neutronów na jedno rozszczepienie. Widmo tych neutronów pokazane jest na rysunku:

Widmo neutronów z rozszczepienia jšdra ²³⁵U+n.
rys.2.461-5. str.527: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Widmo to może być interpretowane jako widmo odpowiadajšce wyparowaniu neutronów z będšcych w ruchu fragmentów rozszczepienia. Neutronom natychmiastowym towarzyszš niekiedy także czšstki .

Jšdra powstajšce w wyniku rozszczepienia sš w stanie silnie wzbudzonym i ulegajš deekscytacji przez emisję kwantów promieniowania po czasie rzędu 10s. Wytworzone ostatecznie produkty rozszczepienia zawierajš jeszcze cišgle pewien nadmiar neutronów, którego pozbywajš się drogš rozpadu negatonowego po czasie rzędu s. Może się zdarzyć, że emisja jednego negatonu prowadzi do stanu fragmentu, z którego emisja dalszego negatonu jest wzbroniona, natomiast stosunkowo niewielka jest dla niego energia separacji neutronu. W takim przypadku z fragmentu emitowany jest neutron. Jest on wysyłany z pewnym opónieniem od ułamka sekundy nawet do kilku sekund. W przypadku jšdra U neutrony opónione stanowiš mały ułamek całkowitej emitowanej w rozszczepieniu liczby neutronów, majš jednak ogromne znaczenie dla wykorzystania zjawiska rozszczepienia do produkcji energii w sposób kontrolowany.

3. Bilans energetyczny rozpadu, powstajšcego w wyniku pochwycenia powolnego neutronu przez U, jšdra U o energii wzbudzenia 6,5 MeV odpowiada energii wišzania pochwyconego neutronu. Całkowita energia na jedno rozszczepienie wynosi (200±6) MeV.

4. Masy fragmentów, na jakie jšdro ulega rozszczepieniu, nie sš dokładnie równe. Przy niskich energiach wzbudzenia rozszczepiajšcego się jšdra otrzymuje się rozkład mas fragmentu w postaci charakterystycznej krzywej o dwu maksimach, położonych symetrycznie względem liczby masowej A.

W przypadku rozszczepienia jšdra U maksima te występujš przy A₁=95 i A₂=139. Asymetria ta, bardzo silna w przypadku rozszczepienia wywołanego neutronami powolnymi szybko maleje z rosnšcš energiš wzbudzenia. Obrazuje to poniższy rysunek dla energii neutronów 14 MeV.

Rozkład mas fragmentów rozszczepienia jšdra²³⁵U wywołanego neutronami termicznymi (krzywa cišgła) i neutronami o energii 14 MeV (krzywa przerywana).
rys.2.461-6. str.528: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Asymetria mas fragmentów jest również znacznie mniejsza dla jšder lżejszych, trudno rozszczepialnych, dla których krzywa rozkładu mas produktów rozszczepienia ma zwykle tylko jedno maksimum, odpowiadajšce rozszczepieniu na fragmenty o równych masach.

5. Dla pewnych jšder w zjawisku rozszczepienia występuje izomeria, polegajšca na tym, że jšdra w stanie wzbudzonym ulegajš rozszczepieniu ze stosunkowo długim rednim czasem życia, znacznie krótszym niż czas życia dla rozszczepienia ze stanu podstawowego.

Istnieje wiele takich izomerycznych stanów różnych jšder ze względu na rozszczepienie, wytwarzanych zarówno w reakcjach z czšstkami naładowanymi jak i neutronami, o czasach życia od 2 ns.

6. Cechš charakteryzujšcš proces rozszczepienia jest rozkład kštowy produktów. Występuje anizotropowoć, przy czym więcej fragmentów emitowanych jest w kierunku ruchu czšstek wywołujšcych rozszczepienie. W rozkładzie kštowym neutronów natychmiastowych występuje obok składowej o rozkładzie izotropowym, również składowa o anizotropii skorelowanej z kierunkiem ruchu fragmentów, co wiadczy o emisji tych neutronów z fragmentów w ruchu, podczas gdy składowa izotropowa emitowana jest bezporednio w samym procesie rozpadu.

Publikacja:
Geniusz w cieniu

Na górę

Strona główna