«Дозиметрия нейтронного излучения»
Нейтрон является элементарной ядерной частицей, возможный заряд которой чрезвычайно мал, а масса приблизительно равна массе протона.
Представление о нейтроне как о частице, не имеющей заряда, вытекает из опытов Ди, результаты которых были опубликованы одновременно с сообщением Чэдвига об открытии нейтрона в 1930 г. Ди показал, что заряд нейтрона не превосходит 1/700 заряда протона. Позднее Раби и его сотрудники установили, что заряд нейтрона должен быть меньше 10-12 заряда электрона. Опыты Ферми и Маршала позволили установить верхний предел возможного заряда нейтрона, порядок которого оказался равным 10-18 заряда электрона.
Впервые нейтроны в свободном виде были получены путем бомбардировки a-частицами полония легких элементов- лития, бериллия, бора и фтора в конце 1930 г. Однако экспериментаторы Боте и Беккер высказали предположение о том, что наблюдаемое ими излучение представляет поток очень жестких g- квантов. Вслед за этим Кюри и Жолио, не отвергая ошибочной гипотезы о g-излучении, отметили эффект выбивания протонов из водородсодержащих материалов, что было объяснено ими новым видом взаимодействия g-квантов с ядрами. Чэдвиг, отбросив эту гипотезу, впервые высказал предположение, что наблюдаемое излучение представляет поток новых частиц, которые он назвал нейтронами, т.е. частицами, не имеющими заряда. Отсутствие заряда вполне объясняло большую проникающую способность нового вида излучения, которая была отмечена его предшественниками.
Эффект образования ядер отдачи различных элементов (например, Н, Не, Li, Be, B, C, N, O и т.п.) объясняется довольно большой массой нейтрона, который может передавать свою энергию при столкновениях с ядрами по закону упругих соударений. Оценка массы нейтрона по энергии ядер отдачи дает величину, равную приблизительно 1,0067 атомных единиц масс (АЕМ), т.е. близкую к массе протона (1,0075797 АЕМ). Более точно масса нейтрона определена на основании энергетического баланса различных ядерных реакций, идущих или с образованием свободных нейтронов, или, наоборот, с захватом их. Большинство из этих определений сводится к нахождению разности масс нейтрона и атома водорода, т.е. к непосредственному сравнению массы нейтрона с наиболее точно измеренной массой протона.
По масс-спектроскопическим измерениям для массы атома водорода найдено значение mp=1.0081374 АЕМ. На этом основании масса нейтрона оказывается равной mn=1,008977 АЕМ.
Уже после первых определений было установлено, что масса нейтрона превосходит массу протона на 1,299 МэВ, т.е. больше, чем на 2,5 массы электрона. Это послужило поводом для предположений о том, что нейтрон радиоактивен, что вполне возможно превращение его в протон и электрон путем b-распада. Справедливость такого предположения была доказана экспериментально. Распад свободных нейтронов действительно происходит с превращением нейтрона в протон и испусканием нейтрино
n= p +e-+v.
Период полураспада нейтронов оказался равным 12+/- 1,5 мин. Кроме периода полураспада нейтрона, был исследован спектр электронов распада. Граничная энергия, определенная по диаграмме Ферми для b-спектра нейтрона, равна 0,782+/- 0,013 МэВ.
Квантово- механический взгляд на некоторые явления, связанные с взаимодействием нейтрона с ядрами элементов, показывает, что в определенных экспериментальных условиях нейтрон обнаруживает волновые свойства, к которым относятся дифракция и интерференция нейтронов. Установлено, что тепловые нейтроны при определенных обстоятельствах ведут себя так же, как рентгеновские лучи, хотя рассеяние и поглощение нейтронов представляют собой ядерные явления, в то время как соответствующие процессы для рентгеновсковых лучей объясняются их взаимодействием с атомными электронами. Во многих случаях в качестве основной характеристики нейтрона используется величина отношения длины волны нейтрона к размерам системы, с которой он взаимодействует. Длина волны нейтрона (l), обладающего кинетической энергией Е ( или скоростью n и импульсом р), определяется выражением
l= h/ p ~h/Ö2 m E (для n<<с)
где h-постоянная Планка (h=6.6238*10-27 эрг* сек);
m- масса нейтрона (m=1.6749*10-24 см/сек);
Е- энергия нейтрона (эрг);
С- скорость света (с= 2,9979*1010 см/сек);
l-длина волны нейтрона, см.
Энергия нейтрона может быть выражена в различных единицах: в эргах, киловатт-часах, калориях, электрон-вольтах, а также в градусах абсолютной шкалы температур. Для того чтобы без затруднений переходить от энергии нейтрона к скорости и от одних энергетических единиц к другим, полезно привести следующие соотношения между основными величинами:
1 эв=1,602*10-12 эрг;
1 кал= 4,18*107 эрг;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.