Тепловые нейтроны

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Тепловые нейтроны или медленные нейтроны  — свободные нейтроны, кинетическая энергия которых близка к наиболее вероятной энергии теплового движения молекул газа при комнатной температуре (20,46 °C, что соответствует 0,0253 эВ[1]).

Общая информация

Быстрые нейтроны, образующиеся, например, при ядерной реакции деления, после нескольких столкновений с ядрами вещества теряют свою кинетическую энергию и становятся тепловыми. О таком процессе говорят как о «термализации», т. е. нейтроны приходят в термодинамическое равновесие со средой, аналогично молекулам газа[2]. К медленным нейтронам условно относят нейтроны с энергией менее 100 кэВ[3]. По ГОСТ 15484-81 энергетические диапазоны нейтронов разделяли на тепловые (находящиеся в тепловом равновесии с рассеивающими атомами среды), промежуточные (до 200 кэВ), быстрые (от 200 кэВ до 20 МэВ), и сверхбыстрые (свыше 20 МэВ)[4].

Сечение поглощения теплового нейтрона ядром 235U с последующим делением существенно выше по сравнению с сечением деления быстрыми нейтронами. Поэтому в ядерных реакторах часто используют замедлители нейтронов для того, чтобы можно было использовать топливо с меньшей концентрацией делящегося вещества.

Эффективные сечения радиационного захвата нейтронов сильно зависят от энергии нейтронов. Для удобства в физике ядерных реакторов спектр энергий нейтронов разбивают на три части: тепловые нейтроны (энергии ниже 0,4 эВ), промежуточные нейтроны и быстрые нейтроны[5].

Применение медленных нейтронов для расщепления ядер

22 октября 1934 года группа итальянских физиков-атомщиков, возглавляемая Энрико Ферми, обнаружила, что ядра атомов захватывают нейтроны в сотни раз эффективнее, если предварительно между мишенью и источником этих нейтронов разместить парафин или массу воды (очень удачно, что в институте в Риме был бассейн с золотыми рыбками). Ферми быстро придумал простое объяснение этому явлению: быстрые нейтроны, сталкиваясь со значительным количеством нуклонов, замедляются, а медленный нейтрон, в отличие от слишком быстрого, может «спокойно» подойти к ядру и быть захваченным ядром с помощью сильного взаимодействия. В результате осуществлялась следующая реакция получения искусственных изотопов: ядро с зарядом Z и массовым числом N, захватив нейтрон, превращалось в изотоп с массовым числом N+1. В силу нестабильности данного изотопа ядро распадается с образованием электрона и антинейтрино. В результате получается элемент с зарядом ядра Z+1 и массовым числом N+1.

Это выглядело очень необычным — ядро привыкли считать чем-то невероятно прочным, и, согласно здравому смыслу, чтобы его изменить, необходимо повлиять на него чем-то очень энергичным, очень быстрым — например быстрой альфа-частицей или быстрым протоном. И ускорители были изобретены для той же цели — получить как можно более быстрые частицы для как можно более мощного воздействия на атомы. А для нейтрона всё оказалось ровным счётом наоборот — чем медленнее он двигался, тем с большей лёгкостью возникали реакции превращения элементов. Именно это открытие проложило дорогу к созданию ядерного реактора.

См. также

Примечания

  1. ↑ Крючков Э. Ф., Юрова Л. Н. Теория переноса нейтронов. — М.: МИФИ, 2007. — С. 221.
  2. ↑ Блан Д. Ядра, частицы, ядерные реакторы = Noyaux, particules. Reacteurs nucléaires / Пер. с франц. [Н. В. Самсоненко]. — М.: Мир, 1989. — С. 249.
  3. ↑ Медленные нейтроны // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Магнитоплазменный — Пойнтинга теорема. — С. 78. — 672 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-019-3.
  4. ↑ Излучения ионизирующие и их измерения. Термины и определения : ГОСТ 15484—81. — Взамен ГОСТ 15484—74 ; введ. 01.01.82.
  5. ↑ ВВЭР-1000: физические основы эксплуатации, ядерное топливо, безопасность / А.М. Афров, С.А. Андрушечко, В.Ф. Украинцев и др. — М.: Университетская книга, Логос, 2006. — С. 44.

Ссылки

Литература

  • Пономарев Л. И. «Под знаком кванта» «Наука» 1989