goldin-novikova-vvedenie-v-kvantovuyu-fiziku-2002 (810754), страница 81
Текст из файла (страница 81)
В реакции «г! !п(п-!)«гтв1п, уже обсуждавшейся выше, эффективное сечение для тепловых нейтронов равно 155 бари. Изотоп !«гв!п получается и в основном и в возбужденном состояниях. Оба состояния 0 '-активны. Период полураспада для возбужденного состояния равен 54 мин. Поэтому «д~!п является одним из удобных р ад и о а к т и в н ы х и н д ик а т о р о в нейтронов. Небольшую фольгу из «д!п можно поместить на некоторое время в то место, где предполагается наличие нейтронов, а затем проверить ее на В-активность, Если фольга окажется,д-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 .4(п»»!)4 имеют огромное практическое значение: они используются для з а м е д л е н и я быстрых нейтронов, т. к. нейтрон после рассеяния (п!) всегда имеет энергию Т, < Т„. Если среда слабо поглощает нейтроны, то замедление продолжается до тех пор, пока энергия нейтронов не станет равной энергии теплового движения при температуре окружаюшей среды.
Такие нейтроны называются те и л о вы м и. Их спектр близок к максвелловскому, средняя энергия нейтронов Т„Р = ')ЯИТ, а наивероятнейшая Т„"Р = йТ. При Т = 300 К Т,",Р = АТ = 0.025 эВ. Холодные нейтроны. Разграничение нейтронов на медленные (Л„> )г,«) и быстрые (Л„< Л„А) 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 це участвуют в обычных ядерных реакциях, но представляют большой научный интерес.
Если дебройлевская длина волны нейтрона Л„= 2ЯЦ!»и по порядку величины равна расстоянию г( между атомными плоскостями в каком-либо кристалле, то при прохождении через кристалл нейтроны рассеиваются в соответствии с законом Брэгга — Вульфа; 2«(з1пд =- йЛ (см. формулу (!.5) в Э!). Существуют нейтронные спектрометры, работающие по тому же принципу, что и рентгеновские спектрометры. Однако, если Л > 2«( (энергия нейтронов при этом Т, < ггвйз?2тпг(д), то нейтроны не отражаются от кристаллических плоскостей и проходят через кристалл без рассеяния. Эти нейтроны и называются х о л о дн ы м и.
Оценим их энергию. Пусть г( = 2А. Тогда Л > 4 10 з см, ГЛАВА 15 404 а Ть ( 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 сч р и др. заряженных частиц возможны в том случае, если Т„,г > Г„.„„. 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 о-частицах, получающихся при распаде радиоактивных изотопов (Т .=.
5... 9 МэВ) возможны ядерные реакции лишь на легких ядрах, Одну из таких реакций — ядерную реакцию эВе(оп)таС, при изучении которой был открыт нейтрон, мы уже рассмотрели в з?6. Протоны и дейтроны нс 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: «(+ г? -- и + аНе-" 17,6 МэВ. (15.15) Реакция широко используется для получения нейтронов. Высота кулоновского барьера между д и ядром тооития невелика, в сечении реакции при Та - -0,2 МэВ есть резонанс с и = 4 барна, и реакция может идти с заметным выходом на дейтронах, ускоренных всего до Та = 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 с и н т е з а ядер. Энергия, выделяющаяся в этой реакции, очень велика (ведь в результате реакции образуется «дважды- магический» изотоп «зНе), и реакция кажется перспективной для генерации энергии. Однако, при осуществлении реакции по методу «пучок— мишень» затраты на ускорение нейтронов превосходят энергию, которая может быть «снята» с мишени.
Энергетически выгодными являются 405 й 78. Взлимодействия с ядгхми Тлхчвй «термоядерные» реакции синтеза д+ 1 (г-ядро атома з~т), когда и те и др. частицы получают нужную для преодоления кулоновского барьера энергию от нагретой до очень высоких температур среды, в равновесии с которой они находятся. Из соотношения, связываюшего наивероятнейшую энергию Т"Я с температурой среды Т (Т"г = йТ), нетрудно получить, что при Тмв = Г«т,!2 — 0.,2 МэВ температура должна достигать Т вЂ” 2 10э К. При более низкой температуре реакция может идти, но только на нейтронах «хвоста» максвелловского распределения и за счет туннельного эффекта.
Наилучшего успеха удалось добиться в «токамаках« — тороидальных камерах с магнитной стабилизацией дейтериевотритиевой горячей плазмы. Плазма, получаемая при пропускании очень больших импульсов тока через камеру, наполненную смесью (17 + Т) при давлении 10 ' атм., удерживается от соприкосновения со стенками камеры магнитным полем.
При температуре 10 К реакции синтеза в плазме возбуждаются (на это указывает появление нейтронов), но КПД даже самых успешных установок этого типа пока остается меньшим единицы. Установки продолжают совершенствоваться, создаются международныс проекты, и надежда на получение управляемого термоядерного синтеза остается. В 78. Взаимодействие с ядрами у-лучей. Фотоядериые реакции. Эффект Мессбаузра Процесс образования пар е —.е+.
В 835 рассматривалось взаимодействие рентгеновских лучей с веществом. Основными процессами, уменьшающими интенсивность пучка рентгеновских лучей при прохождении его через вещество, являются ф о т о э ф ф е к т и к о м п т о— н о в с к о е р а с с е я н и е. Эти же процессы являются преобладающими для 7-лучей с Е < 1 МэВ.
При йу > 1+ неск. МэВ становится возможным, а при еше болыпих энергиях — преобладающим — и р оцесс образования элекронно — позитропных пар: е — е+. Этот процесс является результатом электромагнитного взаимодействия т-излучения и поля любой заряженной частицы. Однако, его вероятность пропорциональна квадрату заряда частицы л-, и при взаимодействии с ядрами он оказывается существенно более вероятным, чем при взаимодействии с электронами.
Энергия, выделяюшаяся в этом процессе, распределяется между образовавшимися в самом процессе электроном и позитроном и ядром, в поле которого произошел процесс. Минимальная энергия т-кванта, при которой становится возможным процесс образования пары е .-е ', определяется законами сохранения энер- ГЛАВА 15 406 гни и импульса и равна: Е „„„= 2т,са(1+ ть/М), (15.16) (15.17) (15.17') Р =- РЕ = 16 — ив и — пф + ггпу ггп Фотоядерные реакции. Если па мишень, содержащую ядра с массовым числом УЕ падает пучок 7-квантов с Е > г„",, или Е, ) аг„то под действием таких Т-лучей в мишени могут происходить фотоядерные реакции (Гтг) и (бр), (Эти процессы происходят под действием не ядерных, а электромагнитных сил, но т.
к. они сопровождаются изменениями структуры ядер (массовые числа ядер уменьшаются на единицу), то их относят к ядерным реакциям. Самой меньшей энергией связи обладает ядро атома дейтерия: Ег, = = 2,22 МзВ. В этом ядре з,"., = в,", = Ег, = 2,22 МэВ. Бета-распад изотопа таллия завгвТ! сопровождается испусканием ",~-лучей с энергией Е, =- = 2,6 МзВ, достаточной длЯ осУществлениЯ Реакции: 0 + тьз — ~~ Н + + и,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
