Замедление нейтронов - уменьшение кинетич. энергии E
нейтронов в результате многократных столкновений их с атомными ядрами
среды. Механизм 3. н. зависит от энергии нейтронов. Если E больше порога
неупругого рассеяния нейтрона на ядре (Eну@0,1 - 10 МэВ), то нейтроны расходуют энергию гл. обр. на возбуждение ядер и ядерные реакции,
сопровождающиеся вылетом нейтронов. При одном соударении нейтрон в
среднем теряет значит. долю своей энергии и после небольшого числа
столкновений (часто одного) переходит в область энергий E<Eну. Дальнейшее 3. н. происходит только за счёт упругого
ядерного рассеяния.
Если E/0,1-0,3 эВ, то можно пренебречь тепловым движением и хим. связью
атомов среды и рассматривать ядра как свободные и покоящиеся. При этом
рассеяние практически изотропно в системе центра масс нейтрон-ядро, и
при одном соударении с ядром с массовым числом А нейтрон с энергией E с равной вероятностью может передать ядру любую энергию в интервале от 0 до 4AE/(A+1)2. Соответственно, его ср. потеря энергии равна 2АE/(A+1)2, т. е. пропорц. E,
а среднелогарифмическая (усреднённая по углам рассеяния нейтронов) потеря энергии при одном соударении:
(E и E' - энергии до и после соударения). Т. о., x не зависит от энергии
нейтрона. Поэтому x удобно использовать как характеристику упругого 3.
н. (для среды, состоящей из смеси ядер с разными А, x усредняется по концентрациям с весом, пропорц. сечению рассеяния sр, что может привести к слабой зависимости x от E). Для водорода x = 1 и монотонно убывает с ростом А (см. табл.).
Параметры упругого замедления нейтронов в некоторых веществах
* При З. н. от ср. энергии нейтронов деления до тепловой энергии.
Ср. число столкновений m, требуемое для 3. н. от энергии E0 до E, равно m=u/x, где величина u=ln(E0/E) наз. летаргией нейтронов.
Захват нейтронов ядрами в лёгких веществах в процессе 3. н. несуществен, т. к. сечения захвата s3 нейтронов малы по сравнению с сечением рассеяния sр; в тяжёлых веществах из-за большого т
заметное число нейтронов может захватиться при 3. н. до малых энергий.
Доля нейтронов, избежавших захвата при 3. н. от энергии E0до E, равна
где Rg (E0, E) - т. н. резонансный интеграл захвата нейтронов, равный:
Энергетич. распределение упруго замедляющихся нейтронов N(E)в случае непрерывно излучающегося моноэнергетич. нейтронного источника интенсивностью Q нейтронов в 1с с энергией нейтронов E0
в большом (утечкой нейтронов можно пренебречь) объёме однородного
вещества в отсутствие захвата описывается ф-лой (спектр Ферми):
где lp - длина свободного пробега нейтрона до рассеяния, v - его скорость. Отношение x/lp наз. замедляющей способностью вещества. Учёт захвата приводит к появлению в ф-ле (4) множителя Р(E, E0),
т. е. сдвигает спектр в сторону больших энергий ("ужесточает"). В
случае импульсного источника нейтроны при упругом 3. н. в однородной
среде после I/x соударений в каждый момент времени t после импульса группируются по энергии вблизи ср. энергии
(mn - масса нейтрона), причём тем теснее, чем тяжелее среда [с дисперсией].
Эта особенность позволяет измерять энергию нейтронов
по времени замедления в тяжёлых замедлителях (см. Нейтронная спектроскопия). Время 3. н. при E0>>E
определяется ф-лой (5), т. е. пропорционально lp/x,
в Рb при
t=4.10-4c.
Диффузию нейтронов при 3. н. удобно описывать
в терминах плотности замедления q, т. е. числа нейтронов
в 1 см3, "пересекающих" за 1с данное значение энергии при движении по энергетич. шкале; q связана с пространственно-энергетич. плотностью нейтронов п (числом нейтронов в 1 см3 в единичном энергетич. интервале) соотношением: q=nvx/lp и удовлетворяет т. н. уравнению возраста Ферми (в случае среды без поглощения):
дq/дt
Здесь t - среднее время 3. н. от энергии E0 до энергии E.
- ср. транспортная длина свободного пробега (ср. длина, проходимая нейтроном в первонач. направлении),
-ср. косинус угла рассеяния.
Величина t наз. возрастом нейтронов; кроме того, величина 6t имеет смысл
ср. квадрата расстояния, на к-рое. удаляется нейтрон в безграничной
однородной среде при замедлении от энергии E0 до E. Величина
при 3. н. до тепловой энергии наз. длиной 3. н.
В безграничной однородной среде без поглощения в случае точечного
моноэнергетич. источника нейтронов единичной интенсивности решение
ур-ния (5) даёт
Утечка нейтронов наружу сказывается, когда размеры среды
Как и поглощение нейтронов, она приводит к "ужестчению" нейтронного
энергетич. спектра в среде.
При энергиях E<0,1-0,3 эВ на рассеяние нейтронов влияют хим. связь и
тепловое движение атомов. Скорость 3. н. снижается, и спектр нейтронов
стремится к равновесному, обычно близкому к максвелловскому. 3. н. в
этой области энергии наз. термализацией нейтронов.
Нейтроны образуются в ядерных реакциях обычно с энергией /1 МэВ. 3. н.
является способом трансформации их в тепловые, к-рые используются в
ядерной энергетике (см. Ядерный реактор ),при исследовании конденсир. сред (см. Нейтронография)и др. Лит. см. при ст. Диффузия нейтронов.
Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена. Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.