відкриття нейтрона
Нейтрони, будучи електрично нейтральними частками, не відчувають ку-лоновское відштовхування і тому легко проникають в ядра і викликають різноманітні ядерні перетворення. Ядерні реакції під дією нейтронів не тільки зіграли величезну роль у розвитку ядерної фізики, а й привели до появи ядерних реакторів (див. § 267).
Коротка історія відкриття нейтрона така. Німецькі фізики В. Боті (1891 - 1957) і Г. Беккер в 1930 р опромінюючи ряд елементів, зокрема ядра берилію, -частками, виявили виникнення випромінювання дуже великий проникаючої здатності. Так як сильно проникаючими можуть бути тільки нейтральні частинки, то було висловлено припущення, що виявлене випромінювання - жорсткі промені з енергією приблизно 7 МеВ (енергія розрахована по поглинанню). Подальші експерименти (Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі, 1931 г.) показали, що виявлене випромінювання, взаємодіючи з водоростей-досодержащімі сполуками, наприклад парафіном, вибиває протони з пробігами приблизно 26 см. З розрахунків слід, що для отримання протонів з такими пробігами передбачувані -кванти повинні були володіти фантастичною на ті часи енергією 50 МеВ замість розрахункових 7 МеВ!
Намагаючись знайти пояснення описаним експериментів, англійський фізик Д. Чедвік (1891 - 1974) припустив (1932), а згодом довів, що нове проникаюче випромінювання являє собою не -кванти, а потік важких нейтральних частинок, названих їм нейтронами. Таким чином, нейтрони були виявлені в наступній ядерної реакції:
Ця реакція не є єдиною, яка веде до викидання з ядер нейтронів (наприклад, нейтрони виникають в реакціях і).
Характер ядерних реакцій під дією нейтронів залежить від їх швидкості (енергії). Залежно від енергії нейтрони умовно ділять на дві групи: повільні і швидкі. Область енергій повільних нейтронів включає в себе область ультрахолодних (з енергією до 10 -7 еВ), дуже холодних (10 -7 - 10 -4 еВ), холодних (10 -4 - 10 -3 еВ), теплових (10 -3 - 0,5 еВ) і резонансних (0,5 - 10 4 еВ) нейтронів. До другої групи можна віднести швидкі (10 4 -10 8 еВ), високоенергетичних (10 8 - 10 10 еВ) і релятивістські (³ 10 10 еВ) нейтрони.
Уповільнити нейтрони можна пропускаючи їх через будь-яку речовину, що містить водень (наприклад, парафін, вода). Проходячи через такі речовини, швидкі нейтрони відчувають розсіювання на ядрах і сповільнюються до тих пір, поки їх енергія не стане рівною, наприклад, енергії теплового руху атомів речовини-сповільнювач, т. Е. Дорівнює приблизно kT.
Повільні нейтрони ефективні для збудження ядерних реакцій, так як вони відносно довго знаходяться поблизу атомного ядра. Завдяки цьому ймовірність захоплення нейтрона ядром стає досить великий. Однак енергія повільних нейтронів мала, тому вони не можуть викликати, наприклад, неупругое розсіювання. Для повільних нейтронів характерні пружне розсіяння на ядрах (реакція типу (п. П)) і радіаційний захоплення (реакція типу (п.)). Реакція (п.) Призводить до утворення нового ізотопу вихідної речовини:
Часто в результаті (n.) -реакція утворюються штучні радіоактивні ізотопи, що дають, як правило, розпад. Наприклад, в результаті реакції
утворюється радіоактивний ізотоп. зазнає розпад з утворенням стабільного ізотопу сірки:
Під дією повільних нейтронів на деяких легких ядрах спостерігаються також реакції захоплення нейтронів з випусканням заряджених частинок - протонів і частинок (під дією теплових нейтронів):
(Використовується для виявлення нейтронів) або
(Використовується для отримання тритію, зокрема в термоядерних вибухах; див. § 268).
Реакції типу (п. Р) і (п.), Т. Е. Реакції з утворенням заряджених частинок, відбуваються в основному під дією швидких нейтронів, так як в разі повільних нейтронів енергії атомного ядра недостатньо для подолання потенційного бар'єру, який перешкоджає вильоту протонів і частинок. Ці реакції, як і реакції радіаційного захоплення, часто ведуть до утворення -активно ядер.
Для швидких нейтронів спостерігається неупругое їх розсіювання, що відбувається по. схемою
де вилітає з ядра нейтрон позначений як ', оскільки це не той нейтрон, який проник в ядро; має енергію, меншу енергії. а залишається після вильоту нейтрона ядро знаходиться в збудженому стані (відзначено зірочкою), тому його перехід в нормальний стан супроводжується випусканням -кванта.
Коли енергія нейтронів досягає значень 10 МеВ, стають можливими реакції типу (п. 2п). Наприклад, в результаті реакції
утворюється -активний ізотоп. зазнає розпад за схемою