Взаимодействие нейтронов с ядрами

Свойства нейтрона.

В 1932 году Джеймс Чедвиг после серии экспериментов по бомбардировке ядра -частицами предположил для объяснения результатов существование частицы с нулевым зарядом и массой  m_n. Он назвал ее нейтрон.
Он впервые записал реакцию
n
Поскольку свободные нейтроны ранее не были обнаружены, то он предположил, что в свободном состоянии нейтроны неустойчивы, а связанные внутри ядра – стабильны.
Открытие нейтронов дало возможность создать р-n модель ядра (Гейзенберг, 1932) и дало толчок развитию ядерной физики, приведший к созданию ЯР.
Таким образом, нейтрон имеет следующие характеристики:
=0, m_n = 1.00867 а.е.м. = 1838.6
В 60-е годы изучение структуры нейтрона позволило предположить, что нейтрон обладает взаимно скомпенсированным распределенным зарядом, с существованием которого связано наличие у нейтрона небольшого магнитного момента.
Масса нейтрона на 2,5 больше, чем . Поэтому нейтрон в свободном состоянии испытывает -распад

с периодом Т_1/2=11,55 минут. Среднее время жизни 10³ с. Нейтрон является квантово-механическим объектом, следовательно, обладает корпускулярно-волновой двойственностью. Длина волны де Бройля . Волновые свойства нейтронов проявляются сильнее в случае, когда длина волны де Бройля соизмерима размерам системы, с которой он взаимодействует. Так как с ростом Е  уменьшается, то при малых Е сильнее проявляются волновые свойства (при Е_n=10^-310⁷эВ, =10^-710^-13см), а при больших – корпускулярные.
Источники нейтронов
Радиоизотопные источники. Впервые были получены в реакции взаимодействия альфа радиоактивного Ra с Be.
, Q =5,5 МэВ. Эта реакция до сих пор используется для получения нейтронов с широким энергетическим спектром. (Ra, Be) – источник отличается очень высоким выходом нейтронов (около 2·10⁷ на 1 г Ra). Существенным недостатком является сопутствующие . Этого недостатка не имеет (Po-Be) – источник, т.к.  - распад Po практически не сопровождается . Выход (~3·10⁶на 1 Ки Po). Спектр широкий ~ 1÷8 МэВ.
Для получения моноэнергетических источников широко используются следующие реакции:

Большинство радиоизотопных источников испускает быстрые и промежуточные нейтроны.
Для получения тепловых нейтронов используют замедлители. Для дискриминации низкоэнергетических нейтронов используют Cd –каналы.
Обычно изотопные источники изготавливают с Ф~10^{5 .} Отдельно обычно упоминается Cf²⁵², как имеющий благоприятные параметры: Т_1/2=2,65 года, высокий выход 4,4·10⁹, низкая интенсивность гамма квантов, малые размеры (3·10¹² нейтронов на 1 г) Е~2,3 МэВ. Обычные источники нейтронов 10⁷ .
Нейтронные размножители – подкритические сборки с радиоизотопным источником. Ф~10⁸÷10⁹ .
Ускорители заряженных частиц – источники нейтронов (p,n), (,n), (,n). Ф~10¹⁰ .
Нейтронные генераторы – используется две реакции, вызываемые электростатически ускоренными дейтронами. и . При Е_d =0,1 МэВ Е_n=2,8 и 14,5 МэВ соответственно.
Ядерные реакторы – Тепловые ядерные реакторы 10¹³÷10¹⁴ . Максимальная плотность потока тепловых нейтронов 5·10^{15 .}
ИБР (Импульсные быстрые реакторы) - 9·10¹³ в момент импульса.
Импульсные графитовый реактор – максимальная плотность тепловых нейтронов в ядерном реакторе ~10¹⁸.
СМ-2 (сверхмощный) Ф_мак=5·10¹⁵ .
ИБР-2 - 10¹⁷ в момент импульса.
ПИК (высокопоточный пучковой реактор) - 4·10¹⁵ (не импульсный).