Закон ослабления плотности потока нейтронов.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Для поддержки стабильной ЦРД необходимо, чтобы нейтроны проходили от одного ядра (поделившегося) к другому, вызвав его деление. Причем этот путь нейтроны проходят сквозь вещество. Рассмотрим закон ослабления потока нейтронов в веществе.

Пусть в точке x=0 находится плоская мишень, состоящая из ядер одного сорта. На нее падает моноэнергетический поток нейтронов в направлении оси x.

Выделим в мишени слой с толщиной dx и определим, как в нем изменяется поток. Как уже отмечалось основными видами взаимодействия являются поглощение и рассеяние, поэтому свойства ядер мишени могут быть описаны микросечениями и , т.е. , а также их ядерной концентрацией – N. Т.к. процессы поглощения и рассеяния независимы (нейтрон либо поглощается, либо рассеивается), то любое взаимодействие приведет к выбыванию нейтрона из пучка.

Пусть число нейтронов, выбывших из пучка при взаимодействии со слоем dx равно dФ. Тогда

Разделим переменные и проинтегрируем

Пусть , тогда

Это и есть закон ослабления нейтронного потока в веществе.

Часто под выбыванием нейтронов понимают только поглощение, тогда

28,29,30 может быть J ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ЯДРАМИ

Наибольший интерес для нас представляют ядерные реакции под действием нейтронов, широкий спектр которых осуществляется в ядерном реакторе. Поэтому взаимодействие нейтронов с ядрами мы должны изучать профессионально. Кроме того, нужно отметить, что взаимодействие нейтронов с ядрами наиболее обширно и разнообразно, т.к. отсутствует кулоновский барьер.

Свойства нейтрона.

В 1932 году Джеймс Чедвиг после серии экспериментов по бомбардировке ядра a-частицами предположил для объяснения результатов существование частицы с нулевым зарядом и массой » m_n. Он назвал ее нейтрон.

Он впервые записал реакцию

Поскольку свободные нейтроны ранее не были обнаружены, то он предположил, что в свободном состоянии нейтроны неустойчивы, а связанные внутри ядра – стабильны.

Открытие нейтронов дало возможность создать р-n модель ядра (Гейзенберг, 1932) и дало толчок развитию ядерной физики, приведший к созданию ЯР.

Таким образом, нейтрон имеет следующие характеристики:

Z=0, m_n= 1.00867 а.е.м. = 1838.6

В 60-е годы изучение структуры нейтрона позволило предположить, что нейтрон обладает взаимно скомпенсированным распределенным зарядом, с существованием которого связано наличие у нейтрона небольшого магнитного момента.

Масса нейтрона на 2,5 больше, чем . Поэтому нейтрон в свободном состоянии испытывает b-распад

с периодом Т_1/2=11,55 минут. Среднее время жизни 10³ с. Нейтрон является квантово-механическим объектом, следовательно, обладает корпускулярно-волновой двойственностью. Длина волны де Бройля . Волновые свойства нейтронов проявляются сильнее в случае, когда длина волны де Бройля соизмерима размерам системы, с которой он взаимодействует. Так как с ростом Е l уменьшается, то при малых Е сильнее проявляются волновые свойства (при Е_n=10^-3¸10⁷эВ, l=10^-7¸10^-13см), а при больших – корпускулярные.

31) эффективные сечения определяются не столько геометрическими размерами сложных микрочастиц или радиусами действия сил, сколько волновыми свойствами частиц. При возникновении связанных состояний область пространства, занятая взаимодействующей частицей, имеет радиус порядка дебройлевской длины волны , а следовательно, сечение порядка . Поскольку обратно пропорциональна скорости, сечение возрастает при убывании энергии. Однако связанные состояния образуются при строгих энергетических соотношениях, и отвечающие им сечения наблюдаются только при избранных значениях энергии, что приводит к очень сложной картине поведения сечений в функции энергии.

Таким образом, эффективное сечение — это усреднённая по многим случаям взаимодействия величина, которая определяет прежде всего эффективность взаимодействия сталкивающихся частиц и только при определённых условиях даёт представление об их размерах или радиусах действия. В нейтронной физике эта величина также называется нейтронным эффективным сечением^[1].

Большинство сечений ядерных реакций имеют значения от 10⁻²⁷ до 10⁻²³см², то есть порядка геометрических сечений ядер, однако есть реакции, сечения которых много больше геометрических сечений ядра (порядка 10⁻¹⁸см²) и реакции, к примеру под действием медленных заряженных частиц, имеющие сечения много меньше геометрических сечений^[2].

Нейтронные сечения

Геометрическая интерпретация

Представим себе, что нейтрон и ядро-мишень являются упругими шарами с радиусами и соответственно. Тогда, очевидно, что взаимодействие нейтрона с ядром возможно, если нейтрон попадет в область с радиусом , тогда можно утверждать, что площадь этой области является мерой взаимодействия нейтрона с ядром. Эту площадь принято называть геометрическим сечением взаимодействия нейтрона с ядром.

Эффективное сечение

Выше мы рассмотрели нейтрон и ядро, как материальные классические объекты. Однако в микромире объекты обладают корпускулярно-волновой двойственностью. Например, при пересечении нейтроном геометрического сечения взаимодействия может не произойти, а оно реализуется за пределами указанной области. Поэтому для ядер корректней рассматривать не геометрические сечения, а эффективные, имеющие тот же смысл, что и геометрические. Это мера вероятности взаимодействия нейтрона с ядром, но уже с учетом волновых свойств объектов микромира. Обозначается .

При возникновении связанных состояний область взаимодействия имеет радиус ~ длине волны де Бройля

и, следовательно, эффективное сечение взаимодействия ~ . Т.к. , то сечение возрастает с убыванием энергии. Однако, нам известно, что составляющее ядро образуется при строгих энергетических разрешениях. Это значительно усложняет зависимость . Т.е., эффективное сечение – усредненное по многим параметрам величина, характеризующая эффективность взаимодействия. В некоторых частных школах она дает представление о размерах или радиусах действия сил. Так при больших энергиях нейтронов сечения взаимодействия с ядрами равны примерно геометрическому сечению ядер. (σ ≈ 3 барна для тяжелых ядер). Большинство сечений лежат в интервале 10^-27-10^-23 см², но есть и большие сечения ~10^-18 см².

С точки зрения физики ЯР эффективные сечения, характеризующие вероятность взаимодействия нейтрона с отдельным ядром называют микроскопическим. Очевидно, что . В ядерной физике величину принято измерять в барнах. 1 б = 10^-24 см².

32) *) Иногда выделяют еще один вид рассеяния - так называемоепотенциальное рассеяние, -представляя его механизм как скользящий проход нейтрона по периферийной зоне сферы действия ядерных сил ядра и последующий выход его за пределы этой сферы с изменениями в направлении движения и его скорости (кинетической энергии). Структура ядра от такого взаимодействия, конечно, не меняется, составного ядра не образуется, и результатом взаимодействия является только обмен кинетическими энергиями нейтрона и ядра. Разумеется, такой вид рассеяния может быть только упругим, и, поскольку потенциальное рассеяние в работе реактора особо выдающейся роли не играет, его можно попросту рассматривать как небольшую составляющую упругого рассеяния.
33)
34)
35)
36)

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1133; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!