| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
| Инфраструктура |
| Нейтронные объекты |
Захват нейтрона - это ядерная реакция, в которой атомное ядро и один или несколько нейтронов сталкиваются и сливаются, образуя более тяжелое ядро. [1] Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, они могут войти в ядро легче, чем положительно заряженные протоны , которые отталкиваются электростатически . [1]
Захват нейтронов играет важную роль в космическом нуклеосинтезе тяжелых элементов. В звездах он может протекать двумя путями: как быстрый ( r-процесс ) или как медленный ( s-процесс ). [1] Ядра с массой более 56 не могут быть образованы в результате термоядерных реакций (т.е. путем ядерного синтеза ), но могут быть образованы путем захвата нейтронов. [1] При захвате нейтронов протонами получается линия с энергией 2,223 МэВ, предсказываемая [2] и обычно наблюдаемая [3] в солнечных вспышках .
Захват нейтронов при малом потоке нейтронов [ править ]
При небольшом потоке нейтронов , как в ядерном реакторе , отдельный нейтрон захватывается ядром. Например, когда природное золото ( 197 Au) облучается нейтронами (n), изотоп 198 Au образуется в высоковозбужденном состоянии и быстро распадается до основного состояния 198 Au за счет испускания гамма-лучей (γ). При этом массовое число увеличивается на единицу. Это записывается в виде формулы в виде 197 Au + n → 198 Au + γ, или в сокращенном виде 197 Au (n, γ) 198 Au. Если тепловые нейтроны используются, процесс называется тепловым захватом.
Изотоп 198 Au является бета-излучателем, который распадается на изотоп ртути 198 Hg. В этом процессе атомный номер увеличивается на единицу.
Захват нейтронов при высоком нейтронном потоке [ править ]
Г-процесс происходит внутри звезд , если плотность потока нейтронов настолько высока , что атомное ядро не успевает к распаду с помощью бета - излучения между захватами нейтронов. Таким образом, массовое число возрастает на большую величину, в то время как атомный номер (то есть элемент) остается прежним. Когда дальнейший захват нейтронов становится невозможным, очень нестабильные ядра распадаются посредством многих β - распадов до β-стабильных изотопов элементов с более высокими номерами.
Поперечное сечение [ править ]
Сечение поглощения нейтронов изотопа химического элемента - это эффективная площадь поперечного сечения, которую атом этого изотопа представляет для поглощения, и является мерой вероятности захвата нейтрона. Обычно его измеряют в амбарах (б).
Сечение поглощения часто сильно зависит от энергии нейтронов . Как правило, вероятность поглощения пропорциональна времени, в течение которого нейтрон находится вблизи ядра. Время, проведенное в непосредственной близости от ядра, обратно пропорционально относительной скорости между нейтроном и ядром. Другие, более конкретные вопросы изменяют этот общий принцип. Двумя наиболее часто определяемыми мерами являются сечение поглощения тепловых нейтронов и резонансный интеграл, который учитывает вклад пиков поглощения при определенных энергиях нейтронов, специфичных для конкретного нуклида , обычно выше теплового диапазона, но встречается как замедление нейтронов. замедляет нейтрон с исходной высокой энергии.
Также имеет значение тепловая энергия ядра; при повышении температуры доплеровское уширение увеличивает вероятность обнаружения резонансного пика. В частности, повышение способности урана-238 поглощать нейтроны при более высоких температурах (и делать это без деления) является механизмом отрицательной обратной связи , который помогает держать ядерные реакторы под контролем.
Термохимическое значение [ править ]
Нейтронный захват участвует в образовании изотопов химических элементов. Вследствие этого энергия захвата нейтронов вмешивается в стандартную энтальпию образования изотопов.
Использует [ редактировать ]
Нейтронно-активационный анализ можно использовать для дистанционного определения химического состава материалов. Это связано с тем, что при поглощении нейтронов разные элементы испускают различное характеристическое излучение. Это делает его полезным во многих областях, связанных с разведкой полезных ископаемых и безопасностью.
Поглотители нейтронов [ править ]
 | Этот раздел требует внимания специалиста по физике . Конкретная проблема заключается в следующем: надежные источники не указаны, и широкая публика не может их найти. Эксперту необходимо проверить информацию; копировать-редактировать текст в энциклопедическом стиле и находить ссылки. ( Октябрь 2011 г. ) |
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( Декабрь 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Наиболее важным поглотителем нейтронов является 10 B как 10 B 4 C в управляющих стержнях или борная кислота как добавка к охлаждающей воде в PWR . Другими важными поглотителями нейтронов, которые используются в ядерных реакторах, являются ксенон , кадмий , гафний , гадолиний , кобальт , самарий , титан , диспрозий , эрбий , европий , молибден и иттербий ;[4] все они обычно состоят из смесей различных изотопов, некоторые из которых являются отличными поглотителями нейтронов. Они также происходят в комбинацияхтакие как Mo 2 B 5 , гафний диборид , диборид титана , диспрозий титанат и гадолиний титанат .
Гафний , один из последних открытых стабильных элементов, представляет собой интересный случай. Несмотря на то, что гафний является более тяжелым элементом, его электронная конфигурация делает его практически идентичным элементу цирконию , и они всегда находятся в одних и тех же рудах. Однако их ядерные свойства сильно различаются. Гафний сильно поглощает нейтроны (Hf поглощает в 600 раз больше, чем Zr), и его можно использовать в управляющих стержнях реактора , тогда как природный цирконий практически прозрачен для нейтронов. Итак, цирконий является очень желательным конструкционным материалом для внутренних частей реактора, включая металлическую оболочку топливных стержней, которые содержат уран, плутоний или смешанные оксиды.из двух элементов ( МОКС-топливо ).
Следовательно, очень важно иметь возможность отделить цирконий от гафния в их естественном сплаве . Это можно сделать недорого, только используя современные химические ионообменные смолы . [5] Подобные смолы также используются при переработке ядерных топливных стержней , когда необходимо разделить уран и плутоний, а иногда и торий .
См. Также [ править ]
- Бета-распад
- Индуцированная радиоактивность
- Список частиц
- Эмиссия нейтронов
- Радиоактивный распад
- Лучи: α - β - γ - δ - ε
- р-процесс (захват протона)
Ссылки [ править ]
- ^ а б в г Ахмад, Ишфак ; Ганс Мес; Жак Эбер (1966). «Успехи теоретической физики: резонанс в ядре» . Институт физики . 3 (3): 556–600.
- ^ Моррисон, П. (1958). «О гамма-астрономии». Il Nuovo Cimento . 7 (6): 858–865. Bibcode : 1958NCim .... 7..858M . DOI : 10.1007 / BF02745590 .
- ^ Chupp, E .; и другие. (1973). «Солнечное гамма-излучение и нейтронные наблюдения». Специальная публикация НАСА . 342 : 285. Bibcode : 1973NASSP.342..285C .
- ^ Оперативный анализ активации гамма-нейтронов . Международное агентство по атомной энергии
- ^ Д. Франклин; РБ Адамсон (1 января 1984 г.). Цирконий в атомной промышленности: Шестой международный симпозиум . ASTM International. С. 26–. ISBN 978-0-8031-0270-5. Проверено 7 октября 2012 года .
Внешние ссылки [ править ]
- XSPlot онлайн-плоттер нейтронных сечений
- Данные о захвате тепловых нейтронов
- Сечения тепловых нейтронов в Международном агентстве по атомной энергии
