Oddziaływanie neutronów z materiš

Strumień neutronów, jaki można otrzymać, czyli wydajnoć ródła i energia dostarczanych neutronów sš wielkociami najbardziej charakterystycznymi dla ródła.

Metody wytwarzania strumieni neutronów.

Reakcje jšdrowe używane najczęciej jako ródła neutronów:
1. ródła wykorzystujšce reakcje jšdrowe typu(, n). Ze względu na dużš wysokoć bariery kulombowskej dla czšstek używa się tu jako jšder tarczy, pierwiastków o małym Z. Najczęciej stosowany jest Be w reakcji

Posługuj się tu przeważnie czšstkami ze ródeł promieniotwórczych. Wydajnoć ródła zależy od rodzaju substancji promieniotwórczej, z której pochodzš te czšstki wynosi np. dla ródła Po+Be - 70 neutronów/1 mln czšstek , dla ródła Ra+Be - 461 n/1 mln czšstek .

Wydajnoć tych ródeł zmienia się w czasie w skutek rozpadu ciał promieniotwórczych dostarczajšcych czšstek . Bardzo stabilne jest ródło Ra+Be, którego wydajnoć poczštkowo po sporzšdzeniu ronie, a potem jest praktycznie stała. Dla ródła Po+Be (charakteryzujšcego się brakiem tła promieniowania ) wydajnoć spada z czasem połowicznego zaniku Po wynoszšcym 139 dni.

Ze względu na różne energie czšstek ze ródeł promieniotwórczych oraz ze względu na absorpcję czšstek w ródle i to, że jšdro C powstawać może w stanach wzbudzonych o różnych energiach, neutrony otrzymywane z powyżej opisanych ródeł nie sš monoenergetyczne.

2. ródła wykorzystujšce reakcje typu(, n). Kwant promieniowania o energii większej od energii wišzania neutronu E_n w jšdrze może go wybić z jšdra. Tylko dla dwu jšder energie wišzania neutronu sš dostatecznie niskie, tak że można się posłużyć kwantami z ciał promieniotwórczych. Sš to:

Z naturalnych ciał promieniotwórczych tylko tor i rad wysyłajš kwanty o energii dostatecznej do wywołania tej reakcji.

Charakterystyczne dane tych ródeł podane sš w tabeli:

Tabela, str.235: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Własnoci ródeł o wzbudzonej promieniotwórczoci:

Tabela, str.236: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Dla otrzymania neutronów z reakcji (, n) można również wykorzystać promienie pochodzšce z pewnych reakcji jšdrowych lub promieniowanie hamowania powstajšce przy bombardowaniu tarczy wysokoenergetycznymi elektronami. W tym przypadku energie kwantów sš dostatecznie duże do wybijania neutronów również z ciężkich nuklidów. Do tego celu dobrze nadajš się: Cu, Ta, Sb.

3. Reakcje typu (p, n). Reakcje takie sš reakcjami endoenergetycznymi i zachodzš powyżej pewnej progowej energii protonów E_prog. Q jest energiš wišzania. Reakcje z lekkimi jšdrami:

Reakcje typu (p, n) ze rednimi jšdrami wykorzystać można jako ródła neutronów monoenergetycznych, ze względu na małe prędkoci rodka masy.

Najczęciej stosowane reakcje podane sš w tabeli:

Tabela, str.236: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

E oznacza w tej tabeli różnicę między energiš progowš, a energiš, przy której neutrony emitowane do przodu stajš się monoenergetyczne.

4. Reakcje typu (d, n). Sš najważniejszym ródłem neutronów prędkich. Dzięki małej energii wišzania Q deuteru D, zachodzš one z dużym prawdopodobieństwem i sš na ogół egzoenergetyczne.

5. Reaktor jšdrowy jako ródło neutronów. Jest najpotężniejszym ródłem neutronów. Neutrony powstajš w reaktorze w wyniku rozszczepienia jšder ciężkich, takich jak U lub Pu, na dwa lżejsze fragmenty przy chwytaniu neutronu:

Z₁ i Z₂ sš liczbami atomowymi jšder, A₁ i A₂ sš liczbami masowymi jšder, m to liczba emitowanych w tej reakcji neutronów.

rednia liczba neutronów emitowanych na jedno rozszczepienie wynosi tu 2,5, co powoduje cišgłe zachodzenie reakcji łańcuchowej.

Widmo neutronów emitowanych w rozszczepieniu jest cišgłe. Ich rednia energia wynosi 2,5 MeV, a energia najbardziej prawdopodobna 0,6 MeV. Do prawidłowego działania reaktora konieczne jest spowalnianie tych neutronów. Na zewnštrz rdzenia reaktora otrzymuje się przy tym neutrony termiczne.

Widmo neutronów emitowanych w wyniku rozszczepienia.
rys.1.231-1. str.238: A.Strzałkowski, "Wstęp do fizyki jšdra atomowego"

Wielkoć strumienia neutronów wytwarzanych w reaktorze zależy od jego konstrukcji i mocy. Na przykład, w reaktorze o mocy 1 MW produkowanych jest 7×10 neutronów/s, z czego około3×10 n/s jest zużywanych do wytwarzania dalszych rozszczepień, 2×10 n/s jest traconych przez pochwycenia w materiałach konstrukcyjnych reaktora nie prowadzšce do rozszczepień, a reszta, czyli około 2×10 n/s może być wykorzystywana w eksperymentach. Strumienie neutronów termicznych otrzymywane u wylotu spowalniajšcej neutrony kolumny termicznej sš rzędu 10-10 (n/s)cm² na 1 MW mocy reaktora.

Do pracy z zakresu spektroskopii neutronów metodš czasu przelotu należy dysponować przerywanym strumieniem neutronów. W tym celu nożna przy reaktorze zastosować mechaniczny przerywacz wišzki (chopper).

6. ródła neutronów wysokich energii. Neutrony o energiach od kilkudziesięciu do kilkuset MeV otrzymuje się z reakcji z protonami lub deuteronami przyspieszonymi do wysokich energii.
a) Reakcje typu (d, n), zwane reakcjami strippingu. Deuteron jest jšdrem bardzo słabo zwišzanym i jego nukleony znajdujš się w dużej stosunkowo odległoci. Gdy deuteron przechodzi w pobliżu jšdra, może być rozerwany, przy czym w przypadku wysokich energii neutron porusza się dalej z takš samš energiš, jakš miał przed rozerwaniem w deuteronie, i w pierwotnym kierunku ruchu.
b) Reakcje typu (p, n). Dla protonów o bardzo wysokiej energii jšdro jest niemal przezroczyste. Proton nie przekazuje swej energii całemu jšdru, lecz oddziałuje tylko z jednym z nukleonów. W wyniku takiego oddziaływania z neutronem może on opucić jšdro. Energia tak emitowanego neutronu zależeć będzie nie tylko od energii bombardujšcego protonu, lecz również od energii, jakš posiadał neutron w jšdrze, skutkiem czego otrzymuje się z tej reakcji neutrony o doć silnie rozmytej energii.

Na górę

Strona główna