Взаимодействие нейтронов с веществом

В силу важности нейтронного излучения, как в прикладном, так и научном плане, энергетический интервал условно разбивают на следующие области (см. таблицу 6.1):

 

Таблица 6.1

№ Энергетический диапазон Тип нейтронов Диапазон длин волн
1. En>10 МэВ нейтроны больших энергий l<10-13 см
2. 0,1<En<10 МэВ нейтроны промежуточных энергий 10-12>l>10-13см
3. 0,1эВ<En<0,1МэВ нейтроны малых энергий 10-9>l>10-12см
4. 10-2 эВ<En<0,1 эВ тепловые нейтроны l@10-8см
5. 10-5эВ<En<10-2эВ холодные нейтроны 10-8>l>10-6см
6. En<10-5эВ ультрахолодные нейтроны l>10-6см

 

. Е@кТ; Т@Е/к;

для энергии 1 эВ соответствующая температура будет:

Взаимодействие нейтронов с веществом в значительной степени зависит от их энергии. При больших энергиях (En>10МэВ) длина волны нейтрона меньше радиуса ядра (R) и поэтому эффективное сечение определяется лишь поперечными размерами рассеивающего ядра (s@pR2). Наоборот, при малых энергиях, когда длина волны нейтрона значительно больше размеров ядра, эффективное поперечное сечение определяется длиной волны рассеиваемого нейтрона (s@pl2). Схематическая зависимость поперечного сечения взаимодействия нейтронов от энергии (функция возбуждения) представлена на рис. 6.5.

Как видно из вышеприведенного длина волны холодного нейтрона сравнима с междуатомными промежутками, а длина волны ультрахолодного нейтрона на несколько порядков больше чем расстояние между атомами в кристаллической решетке. Эти свойства делают холодные и ультрахолодные нейтроны прекрасным инструментом для исследований в физике твердого тела. Длина волны нейтронов больших энергий меньше радиуса ядра. Это позволяет использовать их для изучения свойств последнего. Тоже можно сказать и о нейтронах промежуточных энергий.

Нейтроны малых энергий характеризуются тем, что их энергия попадает в диапазон энергий возбуждения ядра (Евозб=Есв.нейтр+Енейтр.), где имеются ещё изолированные уровни возбуждённого ядра. На эксперименте это приводит к резонансному усилению поперечного сечения взаимодействия и наблюдается в энергетической зависимости последнего в виде резонансов.

 

 

Рис. 6.5. Энергетическая зависимость сечения рассеяния нейтронов.