Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 140
Текст из файла (страница 140)
Полученные в источниках нейтроны используются либо сразу, либо после предварительного замедления. Особое значение имеют источники тепловых нейтронов (с энергиями порядка 1/40 эВ). 2. В так называемых (а, и)-источниках а-частицы от радиоактивного препарата облучают мишень, в результате чего и возникают нейтроны. Помимо энергии получающихся нейтронов, источник характеризуется выходом нейтронов и иптепсиепостпью. Выходом называется среднее число нейтронов, возникающих при одном акте взаимодействия ег-частицы с ядром мишени (или при активности 1 Ки, т.
е. при 3,7 . 10'а а-распадов). Интенсивность источника характеризуется числом нейтронов, возникающих при тех же условиях в одну секунду. В самых первых источниках нейтронов использовалась реакция ~ ~Ве + ег -э ' "С + и + 5,6 МэВ, (85.1) на которой Боге и Беккером (см. 3 92) впервые наблюдалось нейтронное излучение. Дальнейшие опыты показали, что нейтроны образуются также при бомбардировке ег-частицами изотопов элементов Ы, В, М, Е, Ма, М8, А1, ... Однако по интенсивности излучения реакция с бериллием значительно превосходит все остальные, поэтому эта реакция в течение долгого времени и использовалась при изготовлении источников нейтронов.
Источник представляет собой герметическую ампулу, в которой помещена смесь порошка бериллия с а-активным препаратом, например полонием-210, испускающим о-частицы с энергией 5,298 МэВ. Альфа-частицы не могут проходить через стенки ампулы из-за их ничтожных пробегов. Нейтроны жс, образующиеся в результате реакции (85.1), свободно выходят. Энергетический спектр нейтронов полоний-бериллиевого исгочника непрерывен и простираегся примерно от 0,5 до 10 МэВ, интенсивность создаваемого нейтронного излучения около 0,8 10 е нейтронов в секунду на одну ег-частипу, испускаемую полонием (3 10 нейтронов в секунду на 1 Ки полония).
Достоинством полоний-бериллиевого источника является незначительный фон нежелательного у-излучения, недостатком — малый период полураспада (140 дней). В качестве исгочника сг-частиц наряду с полонием применяются также радий, радон, плутоний. Радий-бериллиевый источник характеризуется практически неограниченным сроком действия (период полураспада 1600 лет) и в шесть раз большей интенсивностью нейтронного излучения, но у него очень велик фон мешающего у-излучения. Плутоний-бериллиевый источник характеризуется малым фоном 7-излучения, большим сроком службы (период полураспада 2,3 10е лет) э 85) Источники нейтральных частиц 557 и дает интенсивность около 0,46 10 л нейтронов в секунду на одну а-частицу, испускаемую плу гонием.
Альфа-частицы испускаются но только при радиоактивном а-распаде материнского вещества, но и при а-распаде всех его а-активных дочерних продуктов. В равновесном состоянии а-активность всех а-излучателей одинакова. Но их способность к образованию нейтронов не одинакова. Она тем выше, чем меньше время жизни короткоживущих продуктов распада, так как такие продукты излучают более энергичные а-частицы. Поэтому если источник содержал вначале, например, чистый радий, то ио мере накопления а-радиоактивных продуктов распада его способность излучать нейтроны возрастает в несколько раз и при насыщении стремится к постоянному пределу. Основной недосшток всех источников с использованием а-частиц - большой разброс по энергиям вылетающих нейтронов.
Относительно монохроматические нейтроны с энергиями 0,1 — 1 МэВ получают облучением г-квантами ядер дей герия и бериллня. При этом происходят реакции ,", Ве + у -э,", Ве + п э а + а + п, (85.2) 7+е1 — э р+и, идущие с поглощением энергии. Гамма-кванты создаются каким-либо радиоактивным ядром фХа, ззгСа, 1легЯЬ и пр.). Энергия этих 7-квантов нс превышает нескольких мегаэлектронвольт. Поэтому в качестве мишеней и используются только легкие ядра г1 и "Ве, так как у них энергия отделения нейтрона аномально низка (2,23 и 1,67 МзВ соответственно).
Интенсивность 7-нейтронных источников примерно на два порядка ниже, чем а-нейтронных. Зато 7-нейтронные источники дают более монохроматические нейтроны. Действительно, энергия 7-кванта б = р с, а кинетическая энергия а-частицы (Г„= р~ /2ги . Если эти энергии одинаковы,то 2 р р с= —— 2т откуда Рй Р р 2т с 2с' где и — скорость а-частицы. Таким образом, при энергии несколько мегаэлектронвольт импульс 7-кванта примерно ва два порядка меньше импульса а-частицы той же энергии.
С этим и связана большая монохроматичность 7-радиоактивных источников нейтронов по сравнению с а-радиоактивными источниками. Комбинацией различных 7- излучателей либо с дейтерием, либо с бериллием и получают сравнительно монохроматические нейтроны с различными энергиями от 0,12 до 0,87 МэВ. Существенным недостатком этих источников наряду с низкой интенсивностью является высокий фон 7-излучения и малое время жизни (период полураспада от нескольких часов до нескольких десятков часов). Альфа- и гамма-нейтронные источники находят применения в прикладных исследованиях (особенно в полевых условиях) как небольшие 558 Источники и методы регистрации лдерных частиц (Гл. ХП лабораторные источники нейтронов, а также для калибровки нейтронных детекторов.
3. Получение нейтронов с помощью ускорителей отличается от способа, изложенного выше, в том отношении, что вместо сг-частиц или уизлучения естественных радиоактивных излучений применяются ускоренные заряженные частицы, при облучении которыми различных мишеней получаются нейтроны. Таким путем можно получать относительно моноэнергетические нейтроны самых разнообразных энергий. Дело в том, что при фиксированной энергии частиц в пучке и конкретном нейтронном канале реакции ) энергия получающегося нейтрона однозначно определяется углом его вылета и энергией реакции.
Степень немоноэнергетичности образующихся нейтронов зависит от немонохроматичности исходного пучка заряженных частиц, их замедления в мишени и существования нескольких нейтронных каналов реакции. Для ослабления влияния этих факторов применяют тонкие мишени, в которых используемый нейтронный канал является единственным или по меныпей мере доминирующим. В качестве бомбардирующих заряженных частиц обычно применяют протоны, дейтроны, се-частицы и пр.
Например, для получения монохроматических нейтронов низких энергий используются реакции (р, и), т.е. такие реакции, в которых ядро-мигпень бомбардируется протонами, а в результате реакции возникают нейтрон и другоо ядро. Наиболее часто применяется реакция зт13 + р — г етВе+ и — 1,6 МэВ, (85.3) с помощью которой получаются моноэнергетические нойтроны с энергиями от 30 до 500 кэВ (в зависимости от энергии протонов). Удешевление производства трития сделало доступным использование реакции р+ 1 — > ~~Не+ и — 0,735 МэВ, (85.4) достоинством которой является не столько низкий порог, сколько отсутствие возбужденных состояний у ядра а~Не.
С помощью реакции (85.4) получают моноэнергетические нейтроны с энергиями о г 0,06 до 3 МэВ. Недостатком реакции (85.4) является фон жесткого 7-излучения, возникающий за счет параллельно идущей реакции (85.5) Ограничиваясь приведенными примерами, заметим только, что применяется много реакций, в которых, в частности, получаются нейтроны относительно высоких энергий. 4.
Наиболее мощным источником нейтронов является ядерный реактор, принцип действия которого описывается в 8 95. В современных исследовательских реакторах плотность потока нейтронов в активной зоне и замедли геле ориентировочно составляет 10ш с ' . см з. Спектр реакторных нейтронов, и в этом его недостаток, не моноэнергетичен, ') Определение канала реакции дается в З 87, п.З, а порога реакции — в й 88, п.2. 5 85) Источники нейтральных частиц 559 а заполняет широкую непрерывную область энергий. Но суммарная интенсивность нейтронного потока настолько велика, что из него можно выделять сравнительно мощные пучки нейтронов с высокой степенью моноэнерготичности. Мощным источником нейтронов может служить интенсивный протонный или дейтронный ускоритель, пучок которого направляется на мишень из тяжелых элементов, в которой происходит деление ядер.
Источниками нейтронов являются также и некоторые термоядерные реакции (см. 9 98). Об использовании нейтронов в ядерной энергетике подробно говорится в 5 95, 98. 5. Существенным недостатком всех источников дейтронов является сплошной спектр или низкая степень моноэнергетичности. Одна из причин этого — рассеяние нейтронов в самом источнике (а при высоких энергиях и обилие нейтронных каналов).
Между тем для исследования взаимодействия нейтронов с ядрами крайне важно иметь нейтронные пучки высокой степени моноэнергетичности, чтобы, например, отделить друг от друга узкие и частые резонансы в сечениях взаимодействия нейтронов с ядрами. Для выделения из непрерывного спектра источников монохроматических пучков применяются разные методы, основанные на том, что нейтроны различных энергий обладают и различными скоростями. Один из таких методов применяется тогда, когда источник немоноэнергетических нейтронов импульсный. Нейтроны от такого источника летят в трубе длиной в согни метров.
За время полета нейтронный сгусток разделяется по скоростям. В конце трубы ставится заслонка (прерыватель), синхронно открывающаяся лишь в моменты пролета нейтронов определенной скорости. В результате из трубы выходят почти моноэиергетические нейтроны, энергия которых заключена в узких пределах. Другой монохроматор нейтронов, в принципе, действует так же, как и монохроматор для атомных пучков, описанный в 9 18 (п. 8, рис.
37). Для него вращающиеся диски должны бьггь изготовлены из материала, непроницаемого для нейтронов (например, из кадмия, задерживающего тепловые нейтроны, или из специальных сплавов для задержания нейтронов, имеющих другие скорости). Как и предыдущий монохроматор, этот монохроматор является механическим. Механические монохроматоры эффективны для получения нейтронов с энергиями от тысячных долей до нескольких электронвольт. 6. В заключение коротко остановимся на получении других нейтральных частиц. К ним относятся прежде всего нсйтральныс частицы, о участвующие в сильных взаимодействиях: к~, бц К, К, Л, Х~, и, Л, —,о Е и пр., а также нейтрино и антинейтрино всех сортов: н„р„нр, Рр, и„р„которые участвуют только в слабых взаимодейсгвиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
