НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА

НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА

       

совокупность исследований строения в-ва с помощью нейтронов, а также исследования св-в и структуры самих нейтронов (времени жизни, магн. момента и др.). Отсутствие у нейтрона электрич. заряда приводит к тому, что они в осн. взаимодействуют непосредственно с ат. ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах. Хар-р и интенсивность нейтронно-яд. вз-ствий (нейтронные сечения) существенно зависят от энергии нейтронов ?. В Н. ф. гл. обр. используются нейтроны с энергиями от 107 до 10-7 эВ (длины волн де Бройля ln от 10-12 до 10-5 см). Соответственно этому диапазону энергий и длин волн исследуются объекты с размерами от 10-12 см и характерными энергиями возбуждения 106—107 эВ (ат. ядра) до видимых в оптич. микроскоп объектов размерами 10-4 см (напр., макромолекулы биополимеров, (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ)). Нейтронное излучение условно разделяют на энергетич. диапазоны (см. табл.),

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ НЕЙТРОНОВ

неупругое рассеяние и вызывать эндотермические яд. реакции, напр, (n), (n, 2n), (n, pn). Сечения этих реакций сравнительно плавно зависят от ? (выше характерного для них энергетич. порога), и их исследование позволяет изучать механизм распределения энергии возбуждения между нуклонами, составляющими ядро.

Нейтроны с энергией ?<100 кэВ часто наз. м е д л е н н ы м и, они в свою очередь делятся на резонансные и промежуточные. Медленные нейтроны в осн. упруго рассеиваются на ядрах или вызывают экзотермич. яд. реакции, в первую очередь радиац. захват, реакции типа (n, p), (n, a) и деление атомных ядер. Реакции 3He(n, p)3H; 10B(n, a)7Li используются для регистрации нейтронов; вторая из них — также для защиты от нейтронного излучения.

Назв. «резонансные нейтроны» обусловлено наличием резонансных максимумов (нейтронных резонансов) в энергетич. зависимости эфф. сечений s(?) вз-ствия нейтронов с в-вом. Исследования с резонансными нейтронами дают возможность изучать спектры возбуждений ядер (см. НЕЙТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ). В области энергии промежуточных нейтронов резонансная структура нейтронных сечений сглаживается из-за перекрытия соседних резонансов. Сечение любой яд. реакции, вызываемой достаточно медленными нейтронами, обратно пропори. их скорости. Это соотношение наз. «законом 1/v». Отклонения от этого закона наблюдаются, когда ? становится сравнимой с энергией первого резонансного уровня.

Энергия тепловых нейтронов сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в тв. теле (см. КОЛЕБАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЁТКИ), а l,n — с межат. расстояниями. При прохождении тепловых нейтронов через в-во они могут существенно менять свою энергию, приобретая или отдавая её тепловым колебаниям атомов или молекул. По величине таких изменений может быть получен фононный спектр в-ва. При рассеянии тепловых нейтронов на монокристаллах имеет место дифракция нейтронов (см. ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ, НЕЙТРОННАЯ ОПТИКА). Наличие у нейтрона магн. дипольного момента вызывает магн. рассеяние нейтрона на атомарных эл-нах, что даёт возможность изучать структуру и динамику магн. материалов (см. НЕЙТРОНОГРАФИЯ).

Х о л о д н ы е н е й т р о н ы используются для изучения медленных диффузионных движений атомов и молекул в разл. средах, а также для исследования белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в р-рах и сплавах.

Ультрахолодные нейтроны полностью отражаются от большинства материалов за счёт своеобразного «отталкивания» их ядрами. Это отражение аналогично отражению света от металлич. зеркала и может быть описано для мн. в-в мнимым показателем преломления для нейтронного излучения с длиной волны ln?500?. Ультрахолодные нейтроны способны накапливаться и длит. время (сотни с) храниться в замкнутых сосудах.

Предметом исследования Н. ф. явл. также св-ва самого нейтрона как элем. ч-цы. Пока не известно, обладает ли нейтрон, помимо магн. момента, др. эл.-магн. хар-ками — электрич. дипольным моментом, а может быть, и очень малым электрич. зарядом.

Практически во всех нейтронно-физ. исследованиях используются пучки моноэнергетич. нейтронов со степенью монохроматизации =10-2. Интенсивные пучки быстрых нейтронов получаются на ускорителях заряж. ч-ц в яд. реакциях (p, n) и (d, pn). Энергия нейтронов ? изменяется при варьировании энергии первичных заряж. ч-ц, падающих на мишень. Медленные нейтроны также могут быть получены на всех типах ускорителей, в т. ч. на электронных ускорителях в результате реакции (g, n) при облучении мишеней из тяжёлых элементов g-квантами тормозного излучения эл-нов. Получающиеся быстрые нейтроны могут быть замедлены. Обычно для этого используются водородсодержащие в-ва (вода, парафин и др.), в к-рых нейтроны теряют свою энергию, рассеиваясь на ядрах водорода. Однако после замедления нейтронные пучки не моноэнергетичны. Для получения моноэнергетич. нейтронов применяют метод «времени пролёта», для к-рого необходимы импульсные источники нейтронов. В каждый момент времени t после импульса нейтронов на детектор, удалённый от источника на расстояние L, приходят нейтроны с энергией, определяемой соотношением: ?(эВ)=(72,3L (м))2/t2(мкс2).

Мощные источники тепловых нейтронов — ядерные реакторы создают внутри замедлителей потоки тепловых нейтронов до 1015 нейтронов/(см2•с). Моноэнергетич. тепловые нейтроны получают с помощью дифракции нейтронов на монокристаллах. Для получения холодных нейтронов используются замедлители, охлаждаемые до температур жидкого азота и даже жидкого водорода (20 К). Ультрахолодные нейтроны выводятся из замедлителей резко изогнутыми вакуумными нейтроноводами.

Результаты нейтронно-физ. исследований имеют особое практич. значение в связи с проблемами получения яд. энергии, т. к. в процессах яд. деления и термояд. синтеза нейтроны играют осн. роль.