НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА


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
НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА> <div> отличающиеся методами получения и регистрации нейтронов, а также направлениями их использования. Нейтроны с энергией ?>100 кэВ наз. б ы с т р ы м и. Они способны испытывать на ядрах <a href=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.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА

- совокупность исследований строения вещества с помощью нейтронов (нейтронного излучения), а также исследования свойств самих нейтронов (их внутр. структуры, процессов распада, эл.-магн. характеристик). В H. ф. в основном используются нейтроны с энергиями 3056-58.jpg от 107 эВ до 10-7 эВ (длины волн де Бройля l от 10-12 до 10-5 см). Соответственно этому диапазону энергий и длин волн исследуются микрообъекты размерами от 10-12 см при характерных энергиях возбуждения 106-107 эВ (атомные ядра) до видимых в оптич. микроскоп объектов размерами ~10-4 см (напр., молекулы биополимеров). Отсутствие у нейтрона электрич. заряда и соответственно кулоновского взаимодействия с ядрами и электронами приводит к тому, что в отличие от заряж. частиц нейтроны любых энергий обладают большой проникающей способностью. Внутри вещества нейтроны в основном взаимодействуют с атомными ядрами, а при больших энергиях - с отд. нуклонами, входящими в состав ядер, и практически "не замечают" электронов атомных оболочек. Характер и интенсивность нейтронно-ядер-ных взаимодействий существенно зависят от энергии нейтронов 3056-59.jpg, а также от взаимной ориентации спинов нейтрона и ядра.

Нейтроны условно разделяют на энергетич. диапазоны (табл.), отличающиеся методами получения и регистрации нейтронов, а также направлениями их использования.

При любых энергиях и на всех ядрах с заметной вероятностью происходит упругое рассеяние нейтронов.

Энергетическая классификация нейтронов

3056-60.jpg

Быстрые нейтроны способны испытывать на ядрах не-упругое рассеяние, отдавая часть своей энергии на возбуждение ядра, и вызывать эндотермич. ядерные реакции, напр. (n, 2n), (n, nр), (n, a). Сечения этих реакций сравнительно плавно зависят от 3056-61.jpg (выше характерного для них энергетич. порога), и их исследование позволяет изучать механизм распределения энергии возбуждения между составляющими ядро нуклонами (см. Ядерные реакции).

Медленные нейтроны в основном упруго рассеиваются на ядрах или вызывают экзотермич. ядерные реакции. К таким реакциям относится захват нейтрона ядром, сопровождающийся вылетом из ядра одного или неск. g-квантов (радиационный захват). Три др. типа ядерных реакций, энергетически выгодных для ряда ядер после захвата медленного нейтрона,- (n, p), (n, a) и деление ядер. Реакции 3He(n, p)3H; 10B(n,a)7Li; 6Li(n,a)3H используются в нейтронных детекторах, а также (за исключением первой) для защиты от нейтронного излучения. Последняя реакция применяется для пром. получения 3H. Реакция деления вызывается медленными нейтронами только на наиб. тяжёлых ядрах (U, Th и т. д.).

Термин "резонансные нейтроны" обусловлен наличием резонансных максимумов (нейтронных резонансов) в энергетич. зависимости эффективных сечений s(3056-62.jpg) взаимодействия нейтронов с веществом. 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, количество к-рых быстро увеличивается с ростом энергии возбуждения ядра. При анергии нейтрона меньше первого резонансного уровня сечение всех ядерных реакций обратно пропорционально скорости нейтрона ("закон 1/u").

Энергия тепловых нейтронов сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в конденсир. веществе (фо-нонов), а длина волны l - с межатомными расстояниями. Поэтому при прохождении тепловых нейтронов через вещество они могут существенно изменять свою энергию, приобретая или отдавая её тепловым колебаниям атомов или молекул. По наблюдаемой величине таких изменений может быть измерен фононный спектр вещества.

При прохождении пучка тепловых нейтронов через монокристаллы отд. атомы кристаллич. решетки могут рассеивать нейтроны когерентно, что приводит к дифракции нейтронов - резкому увеличению рассеяния нейтронов с определённой длиной волны на нек-рый угол q, связанный с межплоскостным расстоянием в решётке кристалла (d) Брэгга - Вульфа условием:l= 2dsinq. T. о., с помощью дифракции нейтронов определяются положения атомов в кристаллах.

Наличие у нейтрона магн. дипольного момента вызывает магн. рассеяние нейтрона на атомных электронах, что даёт возможность изучать магн. структуру и динамику магн. материалов (см. Магнитная нейтронография).

Холодные нейтроны используются для изучения медленных диффузионных движений атомов и молекул в разл. средах, а также для исследования белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микроне-однородностей в растворах и сплавах (см. Нейтронография структурная, Неупругое рассеяние нейтронов).

Ультрахолодные нейтроны полностью отражаются от большинства материалов за счёт слабого отталкивающего потенциала, возникающего на границе вакуум - среда. Это отражение может быть описано мнимым показателем, преломления для нейтронного излучения с l > 500 3056-63.jpg. Ультрахолодные нейтроны способны накапливаться и длит. время (сотни с) храниться в замкнутом сосуде в виде своеобразного нейтронного газа (подробнее см. Ультрахолодные нейтроны).

Важное место в Н. <ф. занимают исследования самого нейтрона как одной из фундам. частиц, в частности выяснение, обладает ли нейтрон помимо магн. дипольного момента др. эл.-магн. характеристиками: электрич. дипольным моментом, электрич. поляризуемостью, а возможно, и очень малым электрич. зарядом (см. Нейтрон).

Практически во всех нейтронно-физ. исследованиях используются моноэнергетич. пучки нейтронов со степенью монохроматизации ~10-2. Интенсивные пучки быстрых нейтронов получаются на ускорителях заряж. частиц из реакций (р, n) и (d, pn). Энергия нейтронов меняется при изменении энергии первичных заряж. частиц, падающих на мишень. Медленные нейтроны могут быть получены за счёт реакции (g, n) с послед. замедлением нейтронов. Однако в этом случае нейтронные пучки не имеют необходимой монохроматичности (см. Нейтронные источники).

Мощными источниками тепловых нейтронов являются спец. исследовательские ядерные реакторы, у к-рых внутри замедлителей потоки тепловых нейтронов достигают 1016 нейтрон/см 2. с. Моноэнергетич. тепловые нейтроны получают с помощью дифракции нейтронов на монокристаллах. Для получения холодных нейтронов используются замедлители, охлаждаемые до темп-ры жидкого азота и даже жидкого водорода (20 К). Ультрахолодные нейтроны выводятся из замедлителей резко изогнутыми вакуумными нейтроноводами.

Универсальным методом получения монохроматич. нейтронов является т. н. метод времени пролёта, в к-ром энергия нейтрона 3056-64.jpg определяется по времени t, затрачиваемому нейтроном на пролёт расстояния L:

3056-65.jpg

Для использования этого метода необходимы импульсные источники нейтронов.

Результаты нейтронно-физ. исследований имеют особое практич. значение в связи с проблемами ядерной энергетики, т. к. в процессах цепного деления ядер и термоядерного синтеза нейтроны играют осн. роль (см. Управляемый термоядерный синтез).

Лит.: Власов H. А., Нейтроны, 2 изд., M., 1971; Гу-ревич И. И., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергий, M., 1965. В. И. Лущиков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА" в других словарях:

  • нейтронная физика — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN neutron physicsneutronics …   Справочник технического переводчика

  • Нейтронная физика — Нейтронная физика  раздел физики элементарных частиц, занимающийся исследованием нейтронов, их свойств и структуры (времени жизни, магнитного момента и др.), методов получения, а также возможностями использования в прикладных и научно… …   Википедия

  • нейтронная физика — neutronų fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. neutron physics vok. Neutronenphysik, f rus. нейтронная физика, f pranc. physique neutronique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА — область физики, изучающая строение в ва с помощью нейтронов (нейтронного излучения), а также сами нейтроны (их внутр. структуру, процессы распада, эл. магн. характеристики). В Н. ф. в осн. используют нейтроны с энергиями от 107 до 10 7 эВ, соотв …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Физика гиперядер — Физика гиперядер  раздел физики на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц, в котором предметом исследования выступают ядроподобные системы, содержащие кроме протонов и нейтронов другие элементарные частицы  гипероны. Также… …   Википедия

  • Физика ускорителей — раздел физики, изучающий динамику частиц в ускорителях, а также многочисленные технические задачи, связанные с сооружением и эксплуатацией ускорителей частиц. Физика ускорителей включает в себя вопросы, связанные с получением и накоплением частиц …   Википедия

  • Физика конденсированного состояния — Физика конденсированного состояния  большая ветвь физики, изучающая поведение сложных систем (то есть систем с большим числом степеней свободы) с сильной связью. Принципиальная особенность эволюции таких систем заключается в том, что её… …   Википедия

  • Нейтронная оптика — Нейтронная оптика  раздел нейтронной физики, в рамках которого изучается взаимодействие медленных нейтронов со средой и с электромагнитным и гравитационным полями. Содержание 1 Физика 1.1 Распространение в среде …   Википедия

  • Физика — Примеры разнообразных физических явлений Физика (от др. греч. φύσις …   Википедия

  • Физика элементарных частиц — (ФЭЧ), часто называемая также физикой высоких энергий или субъядерной физикой  раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия. Содержание 1 Теоретическая ФЭЧ …   Википедия

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.