Interaktion mellan neutroner och materia
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 30 augusti 2014; kontroller kräver 4 redigeringar .Neutroners interaktion med materia är de fysiska processer som uppstår när neutroner av olika energier kommer in i materia. Bland de olika typerna av interaktion mellan neutroner och materia är de mest karakteristiska jonisering, elastisk och oelastisk spridning och kärnreaktioner [1] .
Jonisering
Jonisering är separationen av elektroner från atomer under inverkan av neutronens kinetiska energi. Interaktionen mellan neutroner och elektroner bestäms av interaktionen mellan deras magnetiska moment. Denna interaktion är så liten att dess energi når joniseringspotentialen (i storleksordningen 10 eV) endast på avstånd av cirka 10 -11 cm. Därför är neutronjoniseringsbromsningstvärsnittet cirka 10 -22 cm2, det vill säga en miljon gånger mindre än för en laddad partikel. Sannolikheten för en kollision av en neutron med en kärna är ännu mindre (tvärsnittet är 10 -24 cm 2 , det vill säga det finns en kollision av en neutron med en kärna per hundra joniseringar). Men vid jonisering förlorar neutronen en obetydlig del av energin (i storleksordningen 10 eV), medan energiförlusten är betydande vid kollision med kärnan. Således orsakas de huvudsakliga förlusterna av neutronenergi under rörelse i materia av kollisioner med kärnor. I detta fall står en kollision för cirka 100 joniseringar [1] .
I ferromagneter, där elektronernas magnetiska moment är orienterade på samma sätt, ökar sannolikheten för interaktion mellan en neutron och en elektron avsevärt och neutronens avvikelse från den ursprungliga banan blir märkbar [1] .
Det finns också en mycket svag elektrisk interaktion mellan neutronen och elektronen. Det förklaras av att neutronen består av elektriskt laddade kvarkar. Emellertid blir denna interaktion signifikant endast på avstånd som är jämförbara med neutronens storlek [1] .
Spridning
Den huvudsakliga energiförlusten av neutroner sker vid kärnorna. I detta fall särskiljs två typer av interaktion av neutroner med kärnor [1] : 1) Elastisk potentialspridning på kärnkrafter. I det här fallet kommer neutronen inte in i kärnan, utan passerar tillräckligt nära den. 2) Kärnreaktioner av olika slag: (n,γ), (n,p), (n,α), kärnklyvning, elastisk spridning som kommer in i kärnan.
Varje processs roll bestäms av motsvarande avsnitt [1] .
Det finns ämnen som är effektiva neutronmoderatorer. För dem spelas huvudrollen av elastisk spridning. Efter många kollisioner med kärnor förlorar neutronen det mesta av sin energi och blir en termisk neutron. I framtiden gör neutronen en termisk rörelse inuti ämnet tills det absorberas av kärnan [1] .
Kärnreaktioner
Kärnreaktioner som ett resultat av interaktionen mellan neutroner och materia uppstår när en neutron absorberas av en atoms kärna. Det finns flera typer av kärnreaktioner som involverar neutroner [2] :
Radiativ neutroninfångning
Neutronen absorberas av kärnan och överskottsenergin emitteras i form av ett y-kvantum.
(A,Z) + n = (A+1,Z) + y.
I detta fall bildas ofta en instabil kärna, som genomgår β-sönderfall:
(A+1,Z) = (A+1,Z+1) + e- + ν̃
Dessa reaktioner är typiska för neutroner med energier under 500 keV.
Reaktioner som producerar protoner
(A,Z) + n = (A,Z-1) + p.
Dessa reaktioner är mest typiska för neutroner med energier på 500 keV - 10 MeV.
Reaktioner med bildning av α-partiklar
(A,Z) + n = (A-3,Z-2) + a.
Dessa reaktioner är också karakteristiska för neutroner med energier på 500 keV - 10 MeV, men i vissa fall fortsätter de med termiska neutroner.
Fissionsreaktioner
(A,Z) + n = (Al,Zl) + (A2,Z2), där
Al+A2 = A+1; Zl+Z2 = Z; A1: A2 ≈ 2:3.
De uppstår när uran och transuranelement bestrålas med neutroner med energier över 1 MeV. För vissa isotoper fortsätter reaktionerna med termiska neutroner. Under fission erhålls enorm energi (cirka 200 MeV per kärna), så reaktioner används för att erhålla kärnenergi (kärnreaktorer, kärnvapenbomber).
Reaktioner som producerar två eller flera nukleoner
Reaktioner som (n,2n), (n,np), (n,3n) och andra är karakteristiska för neutroner med energier över 10 MeV och fungerar ofta som snabba neutrondetektorer.
Oelastisk neutronspridning
En neutron med en energi på flera hundra keV absorberas av kärnan, överför kärnan till ett exciterat tillstånd och flyger sedan ut ur kärnan (det kan inte sägas att samma neutron flög ut, eftersom neutronerna i kärnan inte går att särskilja ), men med en annan energi.