Основные реакции под действием нейтронов

Реакция радиационного захвата нейтрона (n,g):

рекордных сечений в тепловой области, равное 3,5×10⁶ барн ксеноновому отравлению Образующиеся в реакции (n,g) ядра, как правило, оказываются b^--активными часто служат причиной активации

Реакции с образованием протонов, (n,р) - реакции:

Захват нейтрона и последующий выброс протона приводят к тому, что образующееся дочернее ядро становится нейтронноизбыточным и смещается с дорожки стабильности (см. рис. 1.1.2) в область β^-­радиоактивных ядер.

Реакция Применяется для получения очень важного в методе меченых атомов β^-активного нуклида ¹⁴С (Т _1/2 = 5730 лет), а также для регистрации нейтронов с помощью фотоэмульсий, содержащих ¹⁴N. используется в археологии для определения возраста древних органических Реакции с образованием a -частиц, (n,a) - реакции:

Реакция +2,79 МэВ в различных борных счетчиках и ионизационных камерах

Реакции (n,2n). Являются эндоэнергетическими и имеют порог, примерно равный 10 МэВ, за исключением реакции

Реакция деления тяжелых ядер (U, Th, Рu и др.) нейтронами,(n, f) – реакция:

.

(4.9.28)

Тяжелый осколок обозначен индексом «т», индексом «л» - легкий, а буквой n - количество нейтронов, возникающих в процессе деления. Упругое рассеяние (n,n) нейтронов не изменяет состояния ядра. В процессе упругого рассеяния сохраняется кинетическая энергия нейтрона в СЦИ, а в ЛСК сохраняется суммарная кинетическая энергия нейтрона и ядра. Неупругое рассеяние (n,n´) нейтронов происходит в том случае, когда кинетическая энергия (в СЦИ) вылетающего из составного ядра нейтрона меньше первичного, а конечное ядро образуется в возбужденном состоянии. Процесс неупругого рассеяния нейтрона может быть схематически представлен в следующем виде:

65. Понятие о рез. реакциях. Характеристики резонансов. Формула Брейта-Вигнера

Понятие о резонансных реакциях. Характеристики резонансов. Формула Брейта-Вигнера Физической причиной появления резонансов при взаимодействии нейтронов с ядрами служит наличие дискретной системы уровней у связанной системы нейтрон – ядро-мишень, которой является составное ядро. Сечение образования составного ядра должно определяться длиной волны де Бройля (4.9.13) для нейтрона, которая представляет некоторый эффективный радиус взаимодействия движущейся частицы с точечными объектами при возникновении связанного состояния. Длина волны (4.9.13) нейтрона обратно пропорциональна его скорости и при малых значениях кинетической энергии нейтрона может быть очень большой. Вместе с тем образование составного ядра возможно только при определенном значении кинетической энергии нейтрона (см. §4.2) в пределах естественной ширины уровня. За пределами этого узкого интервала энергии составное ядро не образуется и длина волны нейтрона уже не играет роли, а сечение потенциального рассеяния при этом определяется только геометрическими размерами ядра и равно 4π R ² (1 - 10 барн), где R – радиус ядра. В итоге зависимость сечения от энергии нейтрона приобретает резонансный характер (рис. 4.9.3). Рассмотрим характеристики отдельного резонанса (рис. 4.9.3 Полная ширина резонанса Г определяется на половине высоты резонанса и связана с шириной возбужденного уровня и средним временем жизни уровня соотношением неопределенностей . Составное ядро может распадаться по различным каналам: с испусканием нейтрона (n); g-кванта (γ); может испытать деление (f); распасться с испусканием протона или a‑частицы и т.д. по любому из возможных каналов (4.1.2), каждый из которых имеет свою парциальную ширину. Вероятности этих процессов различны, но полная вероятность λ распада составного ядра в единицу времени (постоянная распада) равна

а постоянная распада связана со средним временем жизни соотношением

Следовательно

то есть полная ширина уровня складываетсяиз парциальных ширин, которые пропорциональны относительным вероятностям распада по соответствующим каналам. Вер. распада по данному каналу j будет

Величины Г, Г _n, Г _g, Г_f и т.д., s₀, Т ₀ являются параметрами конкретного резонанса и определяются обычно экспериментально.

Резонансы называются уединенными (неперекрывающимися), если расстояние между соседними уровнями D >> Г (см. рис.1.7.1). Уединенные резонансы описываются формулой Брейта-Вигнера, которая определяет сечение образование составного возбужденного ядра на первой стадии процесса (4.2.1)

.

(4.9.34)

Здесь g - статистический (спиновый) фактор:

где J - спин возбужденного уровня промежуточного ядра, I - спин ядра-мишени, s = 1/2 - спин нейтрона; Г _n – ширина уровня по отношению к упругому рассеянию нейтрона в данном резонансе. В (4.9.35) орбитальный момент нейтрона принят равным нулю. Нейтроны с энергией меньше 10 кэВ, а именно в этом энергетическом диапазоне расположены резонансы, взаимодействуют с ядрами только с орбитальным моментом l = 0. Выражение (Т _n – Т ₀)² в (4.9.34) определяет поведение резонанса и называется резонансным членом С ростом энергии нейтронов уровни энергии составного ядра начинают перекрываться (у тяжелых ядер начиная с ~ 10 кэВ и выше). В результате составное ядро образуется с одинаковой вероятностью при любой энергии нейтронов, резонансная картина пропадает, и сечение монотонно убывает с ростом энергии нейтронов. В этой энергетической области обычно становится возможным процесс неупругого рассеяния нейтронов На параметры резонансов в тепловой области влияет температура окружающей среды Ядра-мишени всегда участвуют в тепловом хаотическом движении Ядра-мишени всегда участвуют в тепловом хаотическом движении и поэтому при одной и той же энергии нейтрона в ЛСК энергия относительного движения несколько больше при встречном движении и несколько меньше при одном направлении движения нейтрона и ядра. В результате не все, а только часть нейтронов с энергией Т ₀ взаимодействуют с ядрами, уменьшая сечение σ₀. Другая же часть нейтронов имеет большую или меньшую относительную энергию и, взаимодействуя с ядрами, увеличивает сечение на крыльях резонанса. В итоге резонансный пик, сохраняя свою площадь, становится ниже и шире, что приходиться учитывать при расчете ядерных реакторов. По аналогии с оптикой изменение формы резонансного пика вследствие теплового движения ядер называется эффектом Доплера. Особенно заметно влияние эффекта Доплера на форму резонансных пиков для значений Т ₀, имеющих близкие величины с тепловой энергией ядер среды.

Далее по лечкамммммммммммммммммммммм (все воросы за исключением 2-х последних-лабник)