к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Нейтронная спектроскопия

Нейтронная спектроскопия - совокупность исследований энергетич. зависимости разл. процессов взаимодействия нейтронов с атомными ядрами и свойств образовавшихся возбуждённых состояний ядер. Специфич. особенность взаимодействия нейтронов с яд-рамп связана с отсутствием заряда. Отсюда протекание реакции при низких энергиях нейтронов 3056-1.jpg < 1 МэВ.

Упругое рассеяние нейтронов (n, n') происходит на всех ядрах и при любых энергиях с заметной вероятностью. При 3056-2.jpg ниже энергии первого возбуждённого уровня ядра-мишени возможны также неупругие экзо-термич. ядерные реакции: радиац. захват нейтрона (n, g), реакции с вылетом протонов (n, р) и я-частиц (n, a), деление ядер (n, f).

3056-4.jpg

Рис. 1. Нейтронные резонансы.

Характерная особенность зависимости сечения ядерных реакций от энергии нейтрона s(3056-3.jpg) - наличие ре-зонансов (рис. 1). Каждому резонансу соответствует образование определённого состояния составного ядра (компаунд-ядра) с массовым числом А + 1(A - массовое число ядра-мишени) и энергией возбуждения, равной 3056-5.jpg + 3056-6.jpgA/(A + 1), где 3056-7.jpg - энергия связи нейтрона в ядре, 3056-8.jpg - кинетич. энергия нейтрона в максимуме резонанса.

Рис. 2. Схемы экспериментов для измерения нейтронных сечений: a - полного, б - парциальных

3056-13.jpg

Сечение образования составного ядра sс в области резонанса описывается Брей-та - Вигнера формулой: 3056-9.jpg

Здесь 2p3056-10.jpg= l = 2,863056-11.jpg10-113056-12.jpg - длина волны де Бройля нейтрона (в м), g -статистич.фактор, зависящий от спинов исходного и составного ядер, Г - полная ширина резонанса, связанная со временем жизни т образовавшегося возбуждённого состояния ядра соотношением Г = 3056-14.jpg/т (для большинства ядер т ~ ~ 10-14 - 10-18 с). Вероятность распада составного ядра по тому или иному каналу i определяется парциальными ширинами - нейтронной шириной Гn в случае вылета нейтрона (упругое рассеяние), радиационной Gg (вылет g-квантов), делительной Гf и т. д. Полная ширина равна сумме парциальных ширин для данного резонанса:

3056-15.jpg

Сечение реакции с распадом по каналу i:

3056-16.jpg

Полное нейтронное сечение:

3056-17.jpg

Эксперим. исследование зависимостей st(3056-18.jpg) и si(3056-19.jpg) позволяет определить характеристики состояний, образующихся при захвате нейтрона: энергию, полную и парциальные ширины, спин I, чётность p (Ip).

Нейтронный спектрометр. Для измерений энергетич. зависимостей сечений применяют нейтронные спектрометры, гл. обр. спектрометры по времени пролёта (рис. 2). Импульсный источник нейтронов И генерирует нейтроны со сплошным энергетич. спектром в виде короткой вспышки длительностью Dt. При измерении полного сечения st детектор нейтронов Д регистрирует нейтроны при положении мишени M в пучке и вне пучка (К - коллиматоры, рис. 2, а). Временной анализатор BA фиксирует интервал времени t между вспышкой источника и моментом регистрации нейтрона в детекторе. Энергия нейтрона (в эВ) связана с временем пролёта t (в икс) соотношением 3056-20.jpg = (72,3 L)2/t2, где L - расстояние между источником нейтронов и детектором (в м). Энергетич. разрешение спектрометра:

3056-21.jpg

u - скорость нейтронов. T. н. фактор качества, определяемый как Q/(Dt)2, где Q - интегральный выход нейтронов из источника, характеризует поток нейтронов на детекторе при заданном энергетическом разрешении.

Нейтронными источниками обычно служат электронные или протонные ускорители с длительностью вспышки Dt ~ 10-9 - 10-6 с и Q ~ 1014-1016 нейтрон.с-1. Большим выходом нейтронов при более длинной вспышке обладают импульсные реакторы, применяемые также в качестве бустеров - размножителей нейтронов от импульсных ускорителей.

Полное сечение st взаимодействия нейтрона с ядром определяется соотношением:

3056-22.jpg

где N - показания (счет) детектора с мишенью в пучке, N0 - вне пучка, п - толщина мишени (число ядер на 1 см2). Для измерения парциальных сечений si детектор Дi, чувствительный только к продуктам i-распада составного ядра, располагается вне пучка нейтронов рядом с мишенью (рис. 2, б). Скорость счёта детектора Дi:

3056-23.jpg

Здесь П - поток нейтронов в заданном интервале энергии, падающий на всю площадь мишени, hi - эффективность регистрации детектором продуктов реакции.

При изучении реакций с вылетом заряж. частиц (протонов, a-частиц, осколков деления) используют иони-зац. детекторы (ионизац. камеры, пропорциональные счётчики и т. д.) с помещёнными внутри них мишенями, расположенные непосредственно в пучке нейтронов. Это возможно благодаря низкой чувствительности таких детекторов к нейтронам и g-лучам (см. Нейтронные детекторы).

Статистические свойства резонансов. Вероятность образования составного ядра зависит от орбитального момента l налетающего нейтрона. Нейтронная ширина для разных l:

3056-24.jpg

где R 3056-25.jpg1,3 A1/3Фм. При низких энергиях нейтронов (3056-26.jpg 1 кэВ) наблюдаются в основном т. н. s-резонансы (l = 0), значительно слабее р-резонансы (l = 1); с более высокими l резонансы не проявляются. С увеличением 3056-27.jpg роль нейтронов с большими l в образовании составных ядер возрастает. При анализе нейтронных ширин обычно исключают энергетич. зависимость (*) и оперируют с приведёнными нейтронными ширинами Гln для 3056-28.jpg = 1 эВ.

Для данного ядра Гln существенно меняются от резонанса к резонансу. Эксперим. данные о флук-туациях s-резонансов подтверждают высказанные С. E. Портером (С. E. Porter) и P. Г. Томасом (R. G. Thomas) аргументы в пользу гауссовского распределения амплитуд приведённых ширин (Г0n)1/2 при нулевом ср. значении. Отсюда следует т. н. c2-распределение с одной степенью свободы (v = 1) для Г0п (распределение Портера - Томаса):

3056-29.jpg

где c = G0n/<G0n>.

Аналогичными статистич. свойствами обладают и др. ширины (др. каналы распада). Распределение Портера-Томаса справедливо для ширин, характеризующих вероятности g-переходов с резонансных состояний, имеющих одинаковые спины и чётность, на один и тот же уровень. Полная радиац. ширина практически не меняется от резонанса к резонансу для тяжёлых ядер, т. к. является суммой большого числа независимо флуктуирующих величин. Для Гg справедливо c2 -распределение с числом степеней свободы v 3056-30.jpg 50. Для Гf и Гa характерны v 3056-31.jpg 2-4.

Энергетич. интервалы D между соседними резонанса-ми с одинаковыми I и p распределены широко:

3056-32.jpg

где у = D/<D>, причём ср. значение <D> уменьшается с ростом А от 104 эВ для А 3056-33.jpg30 до 1 эВ для А3056-35.jpg 240. Для соседних ядер-мишеней <D> систематически больше для чётных А по сравнению с нечётными из-за меньшей энергии возбуждения ядра. Для магических ядер <D> существенно возрастает.

Силовая функция. Cp. значения <Г0n> и <D> коррелируют между собой: если каждая из них может отличаться для соседних ядер в десятки раз, то отношение S0 = <Г0n> /<D> наз. нейтронной силовой функцией, изменяется с А слабо и плавно. Силовая функция S0 имеет максимумы в областях А 3056-36.jpg50 и 3056-37.jpg150 (S0 3056-38.jpg4.10-4) и минимум при А 3056-39.jpg100 (S03056-40.jpg3.10-5).

Для l = 1 силовая функция S1 имеет близкие значения и максимумы при А 3056-42.jpg100 и 3056-43.jpg 240. На зависимости силовой функции от А в значит. степени базировалась оптическая модель ядра. Силовая функция непосредственно связана с усреднённым но резонансам сечением образования составного ядра. Для s-резонансов:

3056-44.jpg

Сходная зависимость справедлива для др. l.

Полное нейтронное сечение st помимо sс содержит сечение т. н. потенциального рассеяния sп = 4pR'2, слабо зависящее от энергии нейтронов. Величина R' примерно равна радиусу ядра R = r0А1/3 (r0 = 1,33056-45.jpg10-13 см - размер нуклона), но на плавную зависимость от А накладываются периодич. отклонения, объясняемые в рамках оптической модели ядра.

Сверхтонкие взаимодействия. Информацию о составных возбуждённых ядрах даёт также изучение т. н. сверхтонких взаимодействий в нейтронных резонансах. Магн. моменты возбуждённых состояний mВ ядра могут быть определены измерением сдвига D3056-47.jpg резонансной энергии при поляризации ядер мишени (см. Ориентированные ядра:)

3056-48.jpg

где fЯ - степень поляризации ядер, H - магн. поле на ядре и m0 - магн. момент ядра-мишени. Однако величина D3056-49.jpg << Г (D3056-50.jpg = 3.10-6 эВ при fЯ = 1, H = 106 Э, m0 - mВ, равной одному ядерному магнетону). Это осложняет измерение и ограничивает число доступных изучению ядер. Величины mВ определены для ряда резонансов лантаноидов (Tb, Dy, Но и Er). При этом ср. значение <mВ/I> = 0,34 b 0,22, что согласуется с расчётами в рамках статистической модели ядра.

Электрич. сверхтонкое взаимодействие позволяет получить информацию об изменении распределения заряда в ядре при его возбуждении до энергии, равной энергии связи нейтрона. T. н. хим. сдвиг нейтронного резонанса, характеризующий изменение энергии резонанса при переходе от одного хим. соединения к другому, определяется выражением:

3056-51.jpg

Здесь Dre(0) - разность электронных плотностей в местах нахождения ядра в этих соединениях, Z - ат. номер, е - элементарный заряд, D<r2> - изменение среднеквадратичного радиуса заряда ядра. Величина сдвига D3056-52.jpg того же порядка, что и в случае магн. взаимодействия. Для изотопов U оказалось, что <r2> несколько меньше <r2>0 (невозбуждённого ядра) для резонансов с малой делительной шириной Гf и они примерно равны в случае Гf > Гg/2.

Несохранение чётности. В нейтронных резонансах слабое взаимодействие проявляется в виде эффектов несохранения пространств. чётности. Смешивание за счёт слабого взаимодействия состояний составного ядра с разной чётностью (s- и р-резонансы) приводит к различию в сечении р-резонанса для нейтронов с поляризацией параллельно (+) или антипараллельно (-) импульсу:

3056-53.jpg

Здесь s pc - Брейта - Вигнера сечение для неполяри-зов. нейтронов; 3056-54.jpg - коэф. асимметрии, зависящий от матричного элемента смешивания состояний разной чётности и от параметров резонансов. Экспериментально эффект был обнаружен на ядрах 81Br, 111Cd, 117Sn, 139La. Наиб. значение 3056-55.jpg 9.10-2 наблюдалось у 139La.

Быстрые нейтроны (0,1 < 3056-56.jpg< 20 МэВ). Кроме метода времени пролёта широко применяются монохрома-тич. пучки нейтронов, получаемые на электростатич. ускорителях в реакциях 2H(d, n), 3H(d, n), 7Li(p, n) и др. Помимо характерных для медленных нейтронов упругого рассеяния и радиац. захвата существенный вклад в сечение для средних и тяжелых ядер дают неупругое рассеяние (n,n' g), реакции (n, p), (n, a), a при 3056-57.jpg >= 10 МэВ -реакции (n, 2n), (n, рn) и др. Отд. резонансы наблюдаются только для ядер с <D> >= 10 кэВ, чаще изучается усреднённое сечение.

Литература по нейтронной спектроскопии

  1. Пикельнер Л. Б., Попов Ю. П., Шарапов Э. И., Светосильная нейтронная спектроскопия ядер, "УФН", 1982, т. 137, с. 39.

Л. Б. Пикельнер

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.10.2019 - 03:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 18:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:25: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:03: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биохимия мозга от проф. С.В. Савельева и не только - Карим_Хайдаров.
12.10.2019 - 07:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Константина Сёмина - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 08:59: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 06:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:33: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:22: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Глобальное потепление - миф или... миф? - Карим_Хайдаров.
09.10.2019 - 19:01: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution