Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
§77. Теория составного ядра
403
Схема распада: 798Au^go8Hg (стаб.). Облученное в реакторе естественное
золото оказывается "помеченным" изотопом 79sАи и затем используется в
некоторых промышленных технологиях, в медицине и биологии. За
перемещением "помеченного" золота легко следить с помощью обычного
счетчика электронов.
В реакции \дБ1п(п^)\д61п, уже обсуждавшейся выше, эффективное сечение для
тепловых нейтронов равно 155 барн. Изотоп 4д61п получается и в основном и
в возбужденном состояниях. Оба состояния -активны. Период полураспада для
возбужденного состояния равен 54 мин. Поэтому 4951п является одним из
удобных радиоактивных индикаторов нейтронов. Небольшую фольгу из 49I11
можно поместить на некоторое время в то место, где предполагается наличие
нейтронов, а затем проверить ее на /3-активность. Если фольга окажется ^-
активной, то через нее действительно проходили нейтроны. По величине
"наведенной" активности можно получить информацию и о плотности потока
нейтронов.
Ядерные реакции упругого рассеяния нейтронов на легких ядрах А(пп\)А
имеют огромное практическое значение: они используются для замедления
быстрых нейтронов, т. к. нейтрон после рассеяния (jii) всегда имеет
энергию Тпi < Тп. Если среда слабо поглощает нейтроны, то замедление
продолжается до тех пор, пока энергия нейтронов не станет равной энергии
теплового движения при температуре окружающей среды. Такие нейтроны
называются тепловыми. Их спектр близок к максвелловскому, средняя энергия
нейтронов Тп = 3/2&Т, а наивероятнейшая Т*ер = кТ. При Т " 300 К Т*ер =
кТ " 0,025 эВ.
Холодные нейтроны. Разграничение нейтронов на медленные (^п ^ Яяр) и
быстрые (^п < Яяр) является очень грубым. К медленным нейтронам относятся
и тепловые нейтроны, о которых мы только что говорили, и с которыми еще
будем встречаться, к медленным нейтронам относятся и "холодные" нейтроны,
которые не участвуют в обычных ядерных реакциях, но представляют большой
научный интерес.
Если дебройлевская длина волны нейтрона Хп = 2тгН/рп по порядку величины
равна расстоянию d между атомными плоскостями в каком-либо кристалле, то
при прохождении через кристалл нейтроны рассеиваются в соответствии с
законом Брэгга - Вульфа: 2dsin0 = кХ (см. формулу (1.5) в §1). Существуют
нейтронные спектрометры, работающие по тому же принципу, что и
рентгеновские спектрометры. Однако, если Ап ^ 2d (энергия нейтронов при
этом Тп ^ тг2Н /2mnd2), то нейтроны не отражаются от кристаллических
плоскостей и проходят через кристалл без рассеяния. Эти нейтроны и
называются холодными. Оценим их энергию. Пусть d " 2А. Тогда А ^ 4 • 10-8
см,
404
Глава 15
а Тп ^ 0,005 эВ. Замедлить нейтроны до таких энергий невозможно. Их нужно
иметь. Нейтроны с такой энергией есть в спектре нейтронов реакторов,
работающих на тепловых нейтронах, в хвосте максвелловского распределения.
Но их мало. Для их выделения на реакторах устанавливаются графитовые
колонки, через которые и выпускаются из реакторов холодные нейтроны, если
они нужны для исследований.
Особенности ядерных реакций под действием заряженных частиц. Ядерные
реакции под действием а, р и др. заряженных частиц возможны в том случае,
если Тчаст > UKyл. Высота кулоновского барьера при взаимодействии
протонов с легкими ядрами по порядку величины равна ~ 1 МэВ, а при
взаимодействии а-частиц с тяжелыми ядрами приближается к 20...30 МэВ.
Поэтому на а-частицах, получающихся при распаде радиоактивных изотопов
(Та = 5 ... 9 МэВ) возможны ядерные реакции лишь на легких ядрах. Одну из
таких реакций - ядерную реакцию (r)Ве(ап)12С, при изучении которой был
открыт нейтрон, мы уже рассмотрели в §76.
Протоны и дейтроны не испускаются радиоактивными ядрами. Их пучки могут
быть созданы в простых "ускоряющих трубках", или (если нужны частицы с
более высокой энергией) в более сложных ускоряющих устройствах -
ускорителях.
Рассмотрим одну из ядерных реакций, происходящих под действием дейтронов.
Эта реакция имеет огромное практическое значение:
d + fТ -> п + ^Не + 17,6 МэВ. (15.15)
Реакция широко используется для получения нейтронов. Высота кулоновского
барьера между d и ядром трития невелика, в сечении реакции при Td ~ 0,2
МэВ есть резонанс с <т° " 4 барна, и реакция может идти с заметным
выходом на дейтронах, ускоренных всего до Td " 0,2 МэВ. Устройства, в
состав которых входят источник дейтронов, ускоряющая трубка и мишень,
содержащая ядра трития, называются "генераторами нейтронов". Работают они
по принципу "пучок - мишень". Обычно используются пучки нейтронов,
вылетающих из генератора под углом 90° к направлению дейтронов; энергия
этих нейтронов равна 14 МэВ (т. е. это - быстрые нейтроны).
Рассмотрим реакцию (15.15) с другой точки зрения. Эта реакция относится к
реакциям синтеза ядер. Энергия, выделяющаяся в этой реакции, очень велика
(ведь в результате реакции образуется "дважды-магический" изотоп |Не), и
реакция кажется перспективной для генерации энергии. Однако, при
