Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Нейтронная спектроскопия

Нейтронная спектроскопия (далее Н)нейтронная спектрометрия, область ядерной физики, охватывающая исследования зависимости эффективного поперечного сечения взаимодействия нейтронов с ядрами от энергии нейтронов.

  Характерной особенностью энергетической зависимости сечений о взаимодействия медленных нейтронов с ядрами является наличие так называемых нейтронных резонансов - резкого увеличения (в 10-105 раз) поглощения и рассеяния нейтронов вблизи определенных энергий (рис. 1). Избирательное (резонансное) поглощение нейтронов определенных энергий впервые было обнаружено Э. Ферма с сотрудниками в 1934. Ими же было показано, что способность поглощать медленные нейтроны сильно меняется от ядра к ядру.

  Образующееся после захвата нейтрона высоковозбужденное (резонансное) состояние ядра нестабильно (время жизни ~10-15 сек): ядро распадается с испусканием нейтрона (резонансное рассеяние нейтронов) или g-кванта (радиационный захват). Значительно реже испускаются a-частица или протон. Для некоторых очень тяжелых ядер (, и др.) происходит также деление возбужденного ядра на 2, реже на 3 осколка (см. Ядра атомного деление).

  Вероятности различных видов распада резонансного состояния ядра характеризуются так называемыми ширинами резонансов (нейтронной Гд, радиационной Гg, делительной Гg, a-шириной Гa и т.д.). Эти ширины входят в качестве параметров в формулу Брейта - Вигнера, которая описывает зависимость эффективного сечения взаимодействия нейтрона с ядром от энергии нейтрона E вблизи резонансной энергии E0. Для каждого вида (i) распада формула Брейта - Вигнера приближенно может быть записана в виде:



  Здесь Г = Гn + Гg + Гa +...- полная ширина нейтронного резонанса, равная ширине резонансного пика на половине высоты, g - статистический фактор, зависящий от спина и четности резонансного состояния ядра.

  Эффективные сечения измеряются с помощью нейтронного спектрометра, основными элементами которого являются источник И моноэнергетических нейтронов с плавно изменяемой энергией и Д нейтронов или вторичного излучения. Полное сечение Г определяется из отношения отсчетов нейтронного Д с мишенью М, расположенной на пути пучка и вне пучка (рис. 2, а). При измерении парциальных сечений регистрируется вторичное излучение (g-лучи, вторичные нейтроны, осколки деления и т.д.) из мишени, помещенной на пути нейтронов. В области энергии £ 10 эв в качестве нейтронного источника иногда используются нейтронные монохроматоры, которые устанавливаются на канале ядерного реактора и выделяют пучки нейтронов с определенной энергией (рис. 2, б). Поворачивая изменяют энергию нейтронов (см. Дифракция частиц). Для энергии ³ 30 кэв обычно используют ускорители Ван-де-Граафа (см. Электростатический ускоритель), в которых моноэнергетические нейтроны образуются в результате ядерных реакций типа 7 (p, n)7. При изменении энергии протонов изменяется энергия вылетающих нейтронов (энергетический разброс DE ~ 1 кэв).

  Более распространенным методом в Нейтронная спектроскопия является метод времени пролета, в котором используются нейтронные источники с широким энергетическим спектром, испускающие нейтроны в виде коротких вспышек длительностью t. Специальное электронное устройство, называемое временным анализатором, фиксирует интервал времени t между нейтронной вспышкой и моментом попадания нейтрона в т. е. время пролета нейтронами расстояния L от источника до Энергия нейтронов E в эв связана со временем t в мксек соотношением:

E = (72,3L)2/t2.     (2)

  При измерении парциальных сечений методом времени пролета располагают непосредственно около мишени.

  Так как вторичная частица испускается практически одновременно с захватом нейтрона, то фиксируется момент захвата нейтрона ядром, а, следовательно, определяется энергия нейтрона по времени t пролета. Энергетическое разрешение DE нейтронного спектрометра по времени пролета приближенно можно представить в виде:

  DE/E = 2t/t.     (3)

  Импульсными источниками нейтронов обычно служат ускорители заряженных частиц или стационарные ядерные реакторы с механическими прерывателями, периодически пропускающими нейтроны в течение времени t ~ 1 мксек. Один из лучших нейтронных спектрометров по времени пролета создан в Ок-Ридже (США). Он содержит линейный ускоритель электронов с энергией 140 Мэв. Электроны за счет тормозного g-излучения выбивают из мишени 1011 нейтронов за время электронного импульса (t = 10-8 сек) при частоте повторения импульсов до 1000 в 1 сек. Разрешение DE такого спектрометра при L = 100 м и E = 100 эв составляет 3·10-3 эв. В Нейтронная спектроскопия часто используются вырабатывающие сигнал, величина которого пропорциональна энергии регистрируемой частицы (см. Полупроводниковый детектор, Пропорциональный счетчик, Сцинтилляционный счетчик). Это позволяет измерить энергетический спектр вторичных частиц, вылетающих из мишени, что значительно расширяет объем информации о возбужденных состояниях ядер и механизмах различных ядерных переходов и т.д.

  Анализ экспериментальных данных позволяет определять такие характеристики резонанса, как энергия E0, полная Г и парциальные ширины, спин и четность резонансных состояний ядер. Для большинства стабильных ядер эти характеристики известны (по крайней мере E и Гn) для десятков, а иногда и сотен резонансов. При более высоких энергиях нейтронов разрешающая способность нейтронных спектрометров становится недостаточной для выделения отдельных резонансов. В этом случае исследуются усредненные полные и парциальные сечения, которые дают сведения о средних характеристиках резонансов.

  Величины энергетических интервалов D между соседними резонансами ядра флуктуируют. Среднее значение <D> может сильно меняться при переходе от ядра к ядру. Общей закономерностью является уменьшение <D> с увеличением массового числа А (от 104 эв для А = 30 до 1 эв для и более тяжелых ядер). При переходе от ядер с нечетным А к соседним четным происходит скачкообразное увеличение <D>, что связано с изменением энергии связи захватываемого нейтрона. Нейтронные ширины резонансов Гn также флуктуируют от резонанса к резонансу для данного ядра. Кроме того, Гn растут в среднем пропорционально E01/2, поэтому обычно пользуются приведенными нейтронными ширинами Г°n = Гn/E1/2. Средние значения нейтронных ширин <Гn> коррелируют с величинами <D>. Каждая из них для разных ядер может отличаться в 103-104 раз, но их отношение 0 = < Гn/E>/ <D>, называется силовой функцией, слабо и плавно изменяется от ядра к ядру. Зависимость 0 от А хорошо объясняется с помощью оптической модели ядра (см. Ядерные модели).

  После захвата нейтрона ядро переходит в высоковозбужденное состояние, ниже которого обычно расположено множество др. состояний. Его распад с испусканием g-квантов может происходить многими путями через различные промежуточные уровни. Это приводит к тому, что полная радиационная ширина Гg- для каждого резонанса является усредненной по большому числу путей распада, а следовательно, мало изменяется от резонанса к резонансу и плавно меняется от ядра к ядру. Обычно полная радиационная ширина при переходе от средних ядер (A " 50) к тяжелым (А " 250) изменяется примерно от 0,5 эв до 0,02 эв. В то же время радиационные ширины, характеризующие вероятность g-перехода на данный промежуточный уровень, сильно флуктуируют от резонанса к резонансу, как и нейтронные ширины. Спектр g-лучей распада нейтронных резонансов дает информацию о распадающемся состоянии (спин, четкость, набор парциальных ширин). Кроме того, энергии отдельных g-переходов позволяют определить энергии нижележащих уровней, а интенсивности g-переходов - спин и четность, иногда и природу уровня.

  Делительные ширины Гд также заметно флуктуируют от резонанса к резонансу. Помимо осколков, при делении ядер под действием нейтронов испускаются g-кванты и вторичные нейтроны. Число нейтронов составляет 2-3 на 1 акт деления и практически не меняется от резонанса к резонансу. Эта величина, а также отношение вероятностей радиационного захвата и деления играют важную роль при конструировании ядерных реакторов.

  У полутора десятков ядер обнаружено испускание a-частиц после захвата медленных нейтронов. Для легких ядер (В, ) этот процесс является преобладающим. В средних и тяжелых ядрах он затруднен кулоновским барьером ядра. Здесь в наиболее благоприятных случаях Гa в 104-109 раз меньше Гg. Нейтронная спектроскопия дает в этом случае информацию о высоковозбужденных состояниях ядер, о механизме a-распада.

  Данные Нейтронная спектроскопия важны не только для ядерной физики. Реакторостроение нуждается в точных сведениях о взаимодействии нейтронов с делящимися материалами, а также материалами конструкции и защиты реакторов. Данные Нейтронная спектроскопия используются для определения элементного и изотопного состава образцов без их разрушения (см. Активационный анализ). В астрофизике они необходимы для понимания распространенности элементов во Вселенной.

  Методы Нейтронная спектроскопия нашли широкое применение в исследованиях структуры твердых тел и жидкостей, а также динамики различных процессов, например колебаний кристаллической решетки (см. Нейтронография).

 

  Лит.: Юз Дж. Д., Нейтронные эффективные сечения, пер. с англ., М., 1959; Рей Е. Р., Экспериментальная нейтронная спектроскопия, "Проблемы физики элементарных частиц и ядра", 1971, т. 2, в. 4, с. 861; Франк И. М., Развитие и применение в научных исследованиях импульсного реактора ИБР, там же, с. 805; Боллингер Л. М., Гамма-кванты при захвате нейтронов, там же, с. 885; Попов Ю. П., (, a) - реакция - новый канал для изучения природы нейтронных резонансов, там же, с. 925; Физика быстрых нейтронов, под ред. Дж. Мариона. и Дж. Фаулера, пер. с англ., т. 2, М., 1966.

  Л. Б. Пикельнер, Ю. П. Попов.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 14.05.2021 03:24:43
03:11 Пентагон отреагировал на инцидент с остановкой военной колонны в Сирии
03:05 Врач назвал опасные для здоровья синяки
02:51 Россиянин на «Майбахе» нарушил ПДД, отмахнулся от полиции и попал на видео
02:42 Экс-работница Госдепа высказалась о шансах Байдена дожить до конца президентства
02:33 Автогиганту пришлось отказаться от машин из-за нехватки чипов
02:23 Раскрыты подробности о квартире жены Зеленского в Крыму
02:20 Муж показал предсмертное послание умершей от COVID-19 беременной жены
02:15 В Москве выступит воссоединившаяся группа «Кино»
01:57 Россиянам назвали даты наступления купального сезона на курортах
Больше новостей
СегодняБывший СССР Глобальное похолоданиеУкраина поднимает цены на газ из-за МВФ. Миллионы людей могут остаться без тепла и горячей воды
СегодняДом «Многие уезжают, студентов нет»В России обвалился спрос на съемное жилье. Ждать ли резкого снижения цен?
СегодняЦенности «Я словно оказался в сказке»Что творится на тайных секс-вечеринках Кремниевой долины
20:41, 13 мая 2021 Двое возлюбленных получили сроки за пытки приятеля плоскогубцами перед убийством
01:36 К Земле приблизится астероид крупнее пирамиды Хеопса
01:31 Присяжные вынесли решение о перестрелке в «Москве-сити»
СегодняКультура Мать-героиняПытки, партизанки и сладкая месть: что не так с новым сезоном «Рассказа служанки»
13 мая 2021Интернет и СМИ Остров девственниковКак тысячи людей из интернета захотели создать свое государство, а в президенты позвали Илона Маска
19:32, 13 мая 2021 На Москву надвинулась жара
01:13 Миру предрекли катастрофу из-за Китая
01:09 Трубопровод в США полностью восстановил поставки топлива после кибератаки
СегодняИнтернет и СМИ Россия лайкающаяЧто на самом деле смотрят и ищут россияне в интернете
13 мая 2021Культура «Вау, на меня орет чувак из "Криминального чтива"»Крис Рок о возвращении «Пилы», фанатах хорроров и Сэмюэле Л. Джексоне
01:01 Ирина Шейк снялась топлес в новой фотосессии и взволновала фанатов
17:55, 13 мая 2021 Ида Галич подала в суд из-за квартиры
00:48 Соратник Медведчука объяснил арест лидера партии
13 мая 2021Россия «Я готов на все, чтобы Мишка начал ходить»Ребенку нужна срочная операция на позвоночнике. Помогите папе спасти сына
13 мая 2021Мир Весеннее обострениеРакетные удары и уличные бои. Начнут ли Израиль и Палестина полномасштабную войну?
00:44 Израиль заявил о наземной и воздушной атаке на сектор Газа
17:45, 13 мая 2021 Украинские националисты попытались ворваться на суд к Медведчуку
00:25 Медведев назвал «охотой на ведьм» арест Медведчука
12 мая 2021Россия «Запретите оружие — возьмет молоток»Нападение на школу в Казани унесло девять жизней. Как избежать повторения трагедии?
12 мая 2021Силовые структуры «Во мне проснулся монстр»Стрельба в казанской школе: что заставило студента колледжа открыть огонь по детям?
00:20 В океане обнаружили следы внеземного вещества
17:16, 13 мая 2021 МИД дал россиянам совет для путешествий
00:14 Мать Роналду пообещала уговорить сына вернуться в Португалию
11 мая 2021Силовые структуры «Их жизнь на зоне не стоит и гроша»12 лет назад застрелили вора в законе Япончика. Как сегодня судят его убийц?
12 мая 2021Силовые структуры У казанского стрелка нашли болезнь мозгаДиагноз не помешал ему купить оружие для нападения на школу
00:11 F-15E ВВС США впервые получили «разрушителей» Калининградской области
00:00 Опубликованы архивные фотографии полководцев Великой Отечественной на отдыхе
23:26, 13 мая 2021 Пропавшую 12-летнюю россиянку обнаружили мертвой в лесополосе
11 мая 2021Бывший СССР Тень драконаКитай начал активно вмешиваться в дела бывших советских республик. Чем это грозит России?
10 мая 2021Экономика «Роковой год для нефти» Весь мир отказывается от нефти. Готова ли к этому Россия?
23:43, 13 мая 2021 Сосед рассказал о детстве напавшего на школу в Казани
23:19, 13 мая 2021 Московский полумарафон перенесли из-за ситуации с COVID-19
23:08, 13 мая 2021 Имам рассказал о защищавшей детей при нападении на казанскую школу учительнице
13 мая 2021Из жизни Уплыл в никудаКак одинокий моряк попытался предотвратить ядерную войну, но бесследно исчез
11 мая 2021Силовые структуры На казанскую школу совершили нападениеПогибли девять человек. Нападавший задержан
22:37, 13 мая 2021 Песков объяснил ежедневное появление Путина в телеэфире
22:52, 13 мая 2021 Ливан выпустил по Израилю три ракеты
22:20, 13 мая 2021 Названа дата выхода специального выпуска «Друзей»
12 мая 2021Спорт Выше головыСоветский легкоатлет положил конец господству американцев в прыжках в высоту. Почему он покончил с собой?
10 мая 2021Путешествия «Местные больше напоминали зверей»Как россияне попали в самую закрытую страну мира и чуть не застряли в ней навсегда
22:46, 13 мая 2021 В Москве ребенок сбежал из частного детского сада
22:18, 13 мая 2021 Прокуратура допустила обжалование решения об аресте Медведчука
22:30, 13 мая 2021 В ООН назвали три сферы для расширения сотрудничества с Россией
12 мая 2021Экономика Высокогорный бюджетСеверному Кавказу решили дать еще больше денег. Почему все прошлые планы его развития не сработали?
9 мая 2021Силовые структуры Самый дерзкий побегКак советский летчик угнал самолет с секретной немецкой базы и сорвал планы Гитлера
22:02, 13 мая 2021 В США оценили вероятность санкций против «Северного потока-2» после кибератаки
22:00, 13 мая 2021 Олейник получил новый бой в UFC
21:57, 13 мая 2021 Появились подробности о местонахождении осужденного с Медведчуком депутата Рады
13 мая 2021 Самые популярные автомобили РоссииИтоги продаж новых автомобилей в апреле 2021 года
10 мая 2021Культура «Она всегда будет винить меня в смерти мужа»История врача, который решил вести дневник и описал каждый рабочий день
21:47, 13 мая 2021 Сына бывшего губернатора Самарской области задержали в Шереметьево
21:16, 13 мая 2021 В Госдуме предложили оставлять место под храмы в промышленных зонах Москвы
21:32, 13 мая 2021 Кремль оценил предложение Байдена бороться с кибератаками
10 мая 2021Мир «Я же вождь!»Как Ким Ир Сен разрушил экономику Северной Кореи и привел страну к полной изоляции
8 мая 2021Спорт «Считаю себя американкой»Дочь советских фигуристов была олимпийской надеждой России. Почему она решила уехать в США?
21:03, 13 мая 2021 Моргенштерн и Альфа-Банк перевели деньги от продажи мерча пострадавшим в Казани
21:26, 13 мая 2021 Греция примет привитых «Спутником V» туристов
20:55, 13 мая 2021 Стало известно о «теневом президенте» США
11 мая 2021Из жизни «Местные обожают славянскую кухню»История россиянки, уехавшей жить на французский остров в Индийском океане
12 мая 2021 Rolls-Royce Ghost: взлет первой ступениАвтомобиль, который дискредитирует слова «базовый» и «доступный»
21:20, 13 мая 2021 Найдена вакансия мечты с проживанием в средневековом замке на острове
20:46, 13 мая 2021 Украине предсказали экологическую катастрофу из-за газа
21:19, 13 мая 2021 Названа возможная дата открытия Испании для россиян
9 мая 2021 Был месяц майКак советские солдаты праздновали победу в Берлине: уникальные фотографии Великой Отечественной войны
8 мая 2021Россия «Мы не любим, когда нас бьют»Войны XX века стали испытанием для России. Почему россияне хотят их «повторить»?
21:03, 13 мая 2021 Матери дважды едва не вручили чужого ребенка в роддоме
21:02, 13 мая 2021 Сбросившая 20 килограммов актриса показала тело после очередного похудения