Interaktion mellem neutroner og stof
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 30. august 2014; checks kræver 4 redigeringer .Neutroners interaktion med stof er de fysiske processer, der opstår, når neutroner af forskellige energier kommer ind i stof. Blandt de forskellige typer af interaktion mellem neutroner og stof er de mest karakteristiske ionisering, elastisk og uelastisk spredning og nukleare reaktioner [1] .
Ionisering
Ionisering er adskillelse af elektroner fra atomer under påvirkning af en neutrons kinetiske energi. Neutroners interaktion med elektroner bestemmes af interaktionen mellem deres magnetiske momenter. Denne vekselvirkning er så lille, at dens energi kun når ioniseringspotentialet (i størrelsesordenen 10 eV) ved afstande på omkring 10 -11 cm. Derfor er neutronioniseringens bremsetværsnit omkring 10 -22 cm2, det vil sige en million. gange mindre end for en ladet partikel. Sandsynligheden for en kollision af en neutron med en kerne er endnu mindre (tværsnittet er 10 -24 cm 2 , det vil sige, at der er én kollision af en neutron med en kerne pr. hundrede ioniseringer). Ved ionisering mister neutronen dog en ubetydelig del af energien (i størrelsesordenen 10 eV), mens energitabet er betydeligt ved kollision med kernen. Således er de vigtigste tab af neutronenergi under bevægelse i stof forårsaget af kollisioner med kerner. I dette tilfælde tegner en kollision sig for cirka 100 ioniseringer [1] .
I ferromagneter, hvor elektronernes magnetiske momenter er orienteret på samme måde, øges sandsynligheden for interaktion mellem en neutron og en elektron betydeligt, og neutronens afvigelse fra den oprindelige bane bliver mærkbar [1] .
Der er også en meget svag elektrisk vekselvirkning mellem neutronen og elektronen. Det forklares med, at neutronen består af elektrisk ladede kvarker. Denne interaktion bliver dog kun signifikant ved afstande, der kan sammenlignes med neutronens størrelse [1] .
Spredning
Det vigtigste energitab af neutroner sker ved kernerne. I dette tilfælde skelnes der mellem to typer interaktion af neutroner med kerner [1] : 1) Elastisk potentialspredning på kernekræfter. I dette tilfælde kommer neutronen ikke ind i kernen, men passerer tæt nok på den. 2) Nukleare reaktioner af forskellige typer: (n,γ), (n,p), (n,α), nuklear fission, elastisk spredning ind i kernen.
Hver process rolle bestemmes af det tilsvarende afsnit [1] .
Der er stoffer, der er effektive neutronmoderatorer. For dem spilles hovedrollen af elastisk spredning. Efter adskillige kollisioner med kerner mister neutronen det meste af sin energi og bliver til en termisk neutron. I fremtiden laver neutronen en termisk bevægelse inde i stoffet, indtil det absorberes af kernen [1] .
Nukleare reaktioner
Kernereaktioner som et resultat af neutroners interaktion med stof opstår, når en neutron absorberes af et atoms kerne. Der er flere typer kernereaktioner, der involverer neutroner [2] :
Radiativ neutronindfangning
Neutronen absorberes af kernen, og den overskydende energi udsendes i form af et γ-kvante.
(A,Z) + n = (A+1,Z) + y.
I dette tilfælde dannes der ofte en ustabil kerne, som gennemgår β-henfald:
(A+1,Z) = (A+1,Z+1) + e- + ν̃
Disse reaktioner er typiske for neutroner med energier under 500 keV.
Reaktioner, der producerer protoner
(A,Z) + n = (A,Z-1) + p.
Disse reaktioner er mest typiske for neutroner med energier på 500 keV - 10 MeV.
Reaktioner med dannelse af α-partikler
(A,Z) + n = (A-3,Z-2) + a.
Disse reaktioner er også karakteristiske for neutroner med energier på 500 keV - 10 MeV, men i nogle tilfælde fortsætter de med termiske neutroner.
Fissionsreaktioner
(A,Z) + n = (A1,Z1) + (A2,Z2), hvor
A1+A2 = A+1; Z1+Z2 = Z; A1: A2 ≈ 2:3.
De opstår, når uran- og transuranelementer bestråles med neutroner med energier over 1 MeV. For nogle isotoper forløber reaktioner med termiske neutroner. Under fission opnås enorm energi (ca. 200 MeV pr. kerne), så reaktioner bruges til at opnå atomenergi (atomreaktorer, atombomber).
Reaktioner, der producerer to eller flere nukleoner
Reaktioner som (n,2n), (n,np), (n,3n) og andre er karakteristiske for neutroner med energier over 10 MeV og tjener ofte som hurtige neutrondetektorer.
Uelastisk neutronspredning
En neutron med en energi på flere hundrede keV absorberes af kernen, overfører kernen til en exciteret tilstand og flyver derefter ud af kernen (det kan ikke siges, at den samme neutron fløj ud, da neutronerne i kernen ikke kan skelnes ), men med en anden energi.