Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Нейтронна фізика



План:


Введення

Нейтронна фізика - розділ фізики елементарних частинок, що займається дослідженням нейтронів, їх властивостей і структури ( часу життя, магнітного моменту і ін), методів отримання, а також можливостями використання в прикладних і науково-дослідних цілях.


1. Фізика

1.1. Нейтрони

Відсутність у нейтрона електричного заряду призводить до того, що вони в основному взаємодіють безпосередньо з атомними ядрами, або викликаючи ядерні реакції, або розсіюючись на ядрах. Характеристика та інтенсивність нейтронно-ядерної взаємодії ( нейтронні перерізи) істотно залежать від енергії нейтронів. У нейтронної фізики головним чином використовуються нейтрони з енергіями від 10 7 до 10 -7 еВ (довжини хвиль де Бройля від 10 -12 до 10 -5 см). Відповідно до цього діапазону енергій і довжин хвиль досліджуються об'єкти з розмірами від 10 -12 см і характерними енергіями збудження 10 6 - 10 7 еВ (атомного ядра) до видимих ​​в оптичний мікроскоп об'єктів розмірами 10 -4 см (наприклад, макромолекули біополімерів).

Нейтронне випромінювання умовно поділяють на енергетичні діапазони, що відрізняються методами отримання та реєстрації нейтронів, а також напрямками їх використання:

Нейтрони Енергія Ε, еВ Швидкість v, см / с СР довжина хвилі λ, см Середня температура Τ ср, К
Швидкі
> 10 Травня
> 1,4 10 9
<10 -12
10 жовтня
Повільні
проміжні
10 4 -10 3
1,4 10 3
3 10 -11
10 серпня
резонансні
0,5-10 4
1,4 10 7
3 10 -10
10 Червень
Теплові
0,5-5 10 -3
2 10 5
2 10 -8
300
Холодні
5 10 -3 -10 -7
4,4 10 4
9 10 -8
10
Ультрахолодні
10 -7
4,4 10 2
9 10 -6
10 -3


Нейтрони з кінетичною енергією E> 100 кеВ названі швидкими. Вони здатні відчувати на ядрах непружне розсіювання і викликати ендотермічні ядерні реакції, наприклад (n, α), (n, 2 n), (n, pn). Перетин цих реакцій порівняно плавно залежать від E (вище характерного для них енергетичного порога), і їх дослідження дозволяє вивчати механізм розподілу енергії збудження між нуклонами, складовими ядро.

Нейтрони з енергією E <100 кеВ часто називається повільними, вони у свою чергу діляться на резонансні і проміжні. Повільні нейтрони в основному пружно розсіюються на ядрах або викликають екзотермічні ядерні реакції, в першу чергу радіаційний захват (n, γ), реакції типу (n, p), (n, α) і поділ ядер. Реакції 3 He (n, p) 3 H; 10 B (n, α) 7 Li використовуються для реєстрації нейтронів, друга з них - також для захисту від нейтронного випромінювання.

Назва "резонансні нейтрони" обумовлено наявністю резонансних максимумів (нейтронних резонансів) в енергетичній залежності ефективного перерізу σ (E) взаємодії нейтронів з речовиною. Дослідження з резонансними нейтронами дають можливість вивчати спектр збудження ядер. В області енергії проміжних нейтронів резонансна структура нейтронів перетину згладжується через перекриття сусідніх резонансів. Перетин будь-якої ядерної реакції, що викликається досить повільними нейтронами, обернено пропорційно їх швидкості. Це співвідношення називається "законом 1 / v". Відхилення від цього закону спостерігається, коли E стає порівнянної з енергією першим резонансним рівня.


1.2. Отримання

Практично у всіх нейтронно-фізичних дослідженнях використовуються пучки моноенергетіческіх нейтронів зі ступенем монохроматизації ~ 10 -2. Інтенсивні пучки швидких нейтронів виходять на прискорювачах заряджених частинок в ядерних реакціях (p, n) і ( d, pn). Енергія нейтронів Е змінюється при варіюванні енергії первинних заряджених частинок, що падають на мішень.

Повільні нейтрони також можуть бути отримані на всіх типах прискорювачів, в тому числі на електронних прискорювачах в результаті реакцій (γ, n) при опроміненні мішеней на важких елементах γ-квантами гальмівного випромінювання електронів. Отримувані швидкі нейтрони можуть бути уповільнені. Зазвичай для цього використовується водородсодержащие речовини (вода, парафін та інші), в яких нейтрони втрачають свою енергію, розсіюючись на ядрах водню. Однак після уповільнення нейтрони не моноенергетічни.

Для отримання моноенергетіческіх нейтронів застосовують метод часу прольоту, для якого необхідні імпульсні джерела нейтронів. У кожен момент часу t після імпульсу нейтронів на детектор, віддалений від джерела на відстань L, приходять нейтрони з енергією, яка визначається співвідношенням


E = 5227 (\ frac {L} {t}) ^ 2,

де енергія виражена в електронвольт, відстань - в метрах, час - в мікросекундах.

Потужні джерела теплових нейтронів - ядерні реактори створюють всередині сповільнювачів потоки теплових нейтронів до 10 15 нейтронів / (см 2 с). Моноенергетіческіе теплові нейтрони отримують на монокристалах. Для отримання холодних нейтронів використовуються сповільнювачі, охолоджувані до температури рідкого азоту і навіть рідкого водню (20 К). Ультрахолодні нейтрони виводяться з сповільнювача різко вигнутими вакуумними нейтроноводи.


2. Дослідження

Енергія теплових нейтронів порівнянна з енергією теплових коливання атомів у твердому тілі, а λ n - з міжатомних відстанню. При проходженні теплових нейтронів через речовину вони можуть істотно змінювати свою енергію, купуючи або віддаючи її тепловим коливанням атомів або молекул. За величиною таких змін може бути отриманий фононних спектр речовини. При розсіянні теплових нейтронів на монокристалах має місце дифракція нейтронів.

2.1. Окремі дослідження

Холодні нейтрони використовуються для вивчення повільних дифузійних рухів атомів і молекул в різних середовищах, а також для дослідження білкових макромолекул, полімерів, мікродефектів і мікро-неоднорідностей в розчинах і сплавах.

Ультрахолодні нейтрони повністю відбиваються від більшості матеріалів за рахунок своєрідного "відштовхування" їх речовиною. Це явище подібно повному внутрішньому віддзеркаленню світла на межі двох середовищ і може бути описано уявним показником заломлення для нейтронного випромінювання з довжиною хвилі λ n> 500 . Завдяки цьому ультрахолодні нейтрони можна накопичувати і тривалий час (сотні секунд) зберігати в замкнутих посудинах.

Наявність у нейтронів магнітно-дипольного моменту викликає магнітне розсіювання нейтрона на атомарних електронах, що дає можливість вивчати структуру і динаміку магнітних матеріалів.

Предметом дослідження нейтронної фізики є також властивості самого нейтрона як елементарної частинки. Велике значення для фізики слабкої взаємодії має точне вимірювання часу життя нейтрона. Багато розширення Стандартної Моделі передбачають наявність у нейтрона ненульового електричного дипольного моменту, а також існування нейтрон-антинейтрони осциляції.


2.2. Значення

Результати нейтронно-фізичних досліджень мають особливе практичне значення у зв'язку з проблемами отримання ядерної енергії, так як в процесі ядерного ділення і термоядерного синтезу нейтрони грають основну роль.

Література


Основні розділи
Геометрична оптика Фізична оптика Хвильова оптика Квантова оптика Нелінійна оптика Теорія випускання світла Теорія взаємодії світла з речовиною Спектроскопія Лазерна оптика Фотометрія Фізіологічна оптика Оптоелектроніка Оптичні прилади
Суміжні напрями Акустооптики Крісталлооптіка
Загальна (фізична) акустика Геометрична акустика Психоакустики Біоакустики Електроакустика Гідроакустика Ультразвукова акустика Квантова акустика (акустоелектроніка) Акустична фонетика (Акустика мови)
Прикладна акустика Архітектурна акустика ( Будівельна акустика) Аероакустіка Музична акустика Акустика транспорту Медична акустика Цифрова акустика
Суміжні напрями Акустооптики
Класична радіофізика Квантова радіофізика Статистична радіофізика
Теорія атома Атомна спектроскопія Рентгеноспектральний аналіз Радіоспектроскопія Фізика атомних зіткнень
Прикладна фізика
Термодинаміка газів Термодинаміка розчинів
Фізика плазми Фізика атмосфери Лазерна фізика
Пов'язані науки Агрофізики Фізична хімія Математична фізика Астрофізика Геофізика Біофізика Метрологія Матеріалознавство
Див також Космологія Нелінійна динаміка
Портал "Фізика"

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Нейтронна оптика
Нейтронна зірка
Фізика
Фізика
Порядок (фізика)
Фокус (фізика)
Ефір (фізика)
Поле (фізика)
Парність (фізика)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru