Нейтронная физика. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Нейтронная физика - совокупность исследований строения вещества с помощью нейтронов (нейтронного излучения), а также исследования свойств самих нейтронов (их внутр. структуры, процессов распада, эл--магн. характеристик). В H. ф. в основном используются нейтроны с энергиями

от 10⁷ эВ до 10^-7 эВ (длины волн де Бройля l от 10^-12 до 10^-5 см). Соответственно этому диапазону энергий и длин волн исследуются микрообъекты размерами от 10^-12 см при характерных энергиях возбуждения 10⁶-10⁷ эВ (атомные ядра) до видимых в оптич. микроскоп объектов размерами ~10^-4 см (напр., молекулы биополимеров). Отсутствие у нейтрона электрич. заряда и соответственно кулоновского взаимодействия с ядрами и электронами приводит к тому, что в отличие от заряж. частиц нейтроны любых энергий обладают большой проникающей способностью. Внутри вещества нейтроны в основном взаимодействуют с атомными ядрами, а при больших энергиях - с отд. нуклонами, входящими в состав ядер, и практически "не замечают" электронов атомных оболочек. Характер и интенсивность нейтронно-ядер-ных взаимодействий существенно зависят от энергии нейтронов

, а также от взаимной ориентации спинов нейтрона и ядра.

Нейтроны условно разделяют на энергетич. диапазоны (табл.), отличающиеся методами получения и регистрации нейтронов, а также направлениями их использования.

При любых энергиях и на всех ядрах с заметной вероятностью происходит упругое рассеяние нейтронов.

Быстрые нейтроны способны испытывать на ядрах не-упругое рассеяние, отдавая часть своей энергии на возбуждение ядра, и вызывать эндотермич. ядерные реакции, напр. (n, 2n), (n, nр), (n, a). Сечения этих реакций сравнительно плавно зависят от

(выше характерного для них энергетич. порога), и их исследование позволяет изучать механизм распределения энергии возбуждения между составляющими ядро нуклонами (см. Ядерные реакции).

Медленные нейтроны в основном упруго рассеиваются на ядрах или вызывают экзотермич. ядерные реакции. К таким реакциям относится захват нейтрона ядром, сопровождающийся вылетом из ядра одного или неск. g-квантов (радиационный захват ).Три др. типа ядерных реакций, энергетически выгодных для ряда ядер после захвата медленного нейтрона,- (n, p), (n, a) и деление ядер. Реакции ³He(n, p)³H; ¹⁰B(n,a)⁷Li; ⁶Li(n,a)³H используются в нейтронных детекторах, а также (за исключением первой) для защиты от нейтронного излучения. Последняя реакция применяется для пром. получения ³H. Реакция деления вызывается медленными нейтронами только на наиб. тяжёлых ядрах (U, Th и т. д.).

Термин "резонансные нейтроны" обусловлен наличием резонансных максимумов (нейтронных резонансов) в энергетич. зависимости эффективных сечений s(

) взаимодействия нейтронов с веществом. Исследования с резонансными нейтронами дают возможность изучать спектры возбуждений ядер (см. Нейтронная спектроскопия). В области энергии промежуточных нейтронов резонансная структура нейтронных сечений сглаживается из-за перекрытия соседних резонансов, количество к-рых быстро увеличивается с ростом энергии возбуждения ядра. При анергии нейтрона меньше первого резонансного уровня сечение всех ядерных реакций обратно пропорционально скорости нейтрона ("закон 1/u").

Энергия тепловых нейтронов сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в конденсир. веществе (фо-нонов), а длина волны l - с межатомными расстояниями. Поэтому при прохождении тепловых нейтронов через вещество они могут существенно изменять свою энергию, приобретая или отдавая её тепловым колебаниям атомов или молекул. По наблюдаемой величине таких изменений может быть измерен фононный спектр вещества.

При прохождении пучка тепловых нейтронов через монокристаллы отд. атомы кристаллич. решетки могут рассеивать нейтроны когерентно, что приводит к дифракции нейтронов - резкому увеличению рассеяния нейтронов с определённой длиной волны на нек-рый угол q, связанный с межплоскостным расстоянием в решётке кристалла (d) Брэгга - Вульфа условием: l= 2dsinq. T. о., с помощью дифракции нейтронов определяются положения атомов в кристаллах.

Наличие у нейтрона магн. дипольного момента вызывает магн. рассеяние нейтрона на атомных электронах, что даёт возможность изучать магн. структуру и динамику магн. материалов (см. Магнитная нейтронография).

Холодные нейтроны используются для изучения медленных диффузионных движений атомов и молекул в разл. средах, а также для исследования белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микроне-однородностей в растворах и сплавах (см. Нейтронография структурная, Неупругое рассеяние нейтронов).

Ультрахолодные нейтроны полностью отражаются от большинства материалов за счёт слабого отталкивающего потенциала, возникающего на границе вакуум - среда. Это отражение может быть описано мнимым показателем, преломления для нейтронного излучения с l > 500

. Ультрахолодные нейтроны способны накапливаться и длит. время (сотни с) храниться в замкнутом сосуде в виде своеобразного нейтронного газа (подробнее см. Ультрахолодные нейтроны).

Важное место в Н.ф. занимают исследования самого нейтрона как одной из фундам. частиц, в частности выяснение, обладает ли нейтрон помимо магн. дипольного момента др. эл--магн. характеристиками: электрич. дипольным моментом, электрич. поляризуемостью, а возможно, и очень малым электрич. зарядом (см. Нейтрон).

Практически во всех нейтронно-физ. исследованиях используются моноэнергетич. пучки нейтронов со степенью монохроматизации ~10^-2. Интенсивные пучки быстрых нейтронов получаются на ускорителях заряж. частиц из реакций (р, n) и (d, pn). Энергия нейтронов меняется при изменении энергии первичных заряж. частиц, падающих на мишень. Медленные нейтроны могут быть получены за счёт реакции (g, n) с послед. замедлением нейтронов. Однако в этом случае нейтронные пучки не имеют необходимой монохроматичности (см. Нейтронные источники).

Мощными источниками тепловых нейтронов являются спец. исследовательские ядерные реакторы, у к-рых внутри замедлителей потоки тепловых нейтронов достигают 10¹⁶ нейтрон/см^2.с. Моноэнергетич. тепловые нейтроны получают с помощью дифракции нейтронов на монокристаллах. Для получения холодных нейтронов используются замедлители, охлаждаемые до температуры жидкого азота и даже жидкого водорода (20 К). Ультрахолодные нейтроны выводятся из замедлителей резко изогнутыми вакуумными нейтроноводами.

Универсальным методом получения монохроматич. нейтронов является т. н. метод времени пролёта, в к-ром энергия нейтрона

определяется по времени t, затрачиваемому нейтроном на пролёт расстояния L:

Для использования этого метода необходимы импульсные источники нейтронов.

Результаты нейтронно-физ. исследований имеют особое практич. значение в связи с проблемами ядерной энергетики, т. к. в процессах цепного деления ядер и термоядерного синтеза нейтроны играют осн. роль (см. Управляемый термоядерный синтез).

Литература по нейтронной физике

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.