Нейтро́нный захва́т — вид ядерной реакции, в которой ядро атома соединяется с нейтроном и образует более тяжёлое ядро:
Нейтрон может приблизиться к ядру даже при околонулевой кинетической энергии, так как является электрически нейтральным, в отличие от положительно заряженного протона, который может быть захвачен лишь при достаточно большой энергии, позволяющей преодолеть электростатическое отталкивание.
Содержание
Дочернее ядро
В результате реакции захвата нейтрона образуется более тяжёлый изотоп того же элемента, как правило, в высоковозбуждённом состоянии. Возбуждение обычно снимается переходом ядра на основной уровень с излучением одного или нескольких гамма-квантов; у тяжёлых ядер возможно деление. Образовавшееся в результате нейтронного захвата ядро может быть как стабильным, так и радиоактивным. Активация материалов в результате нейтронного облучения (в частности, в ядерных реакторах) является значимым источником радиоактивных отходов. Захват нейтронов используется в нейтронно-активационном анализе: исследуемое вещество облучается нейтронами, после чего определяется количество радиоактивных ядер, образовавшихся в результате захвата, что даёт информацию о составе вещества.
Сечение захвата
Типичные сечения захвата теплового нейтрона ядрами составляют порядка 1 барна (близко к геометрическому поперечному сечению ядра), однако для некоторых нуклидов наблюдаются отклонения на несколько порядков в сторону как увеличения, так и уменьшения сечения захвата. Сечения захвата быстрых нейтронов значительно меньше; с ростом энергии сечение уменьшается обратно пропорционально скорости нейтрона.
В течение первых нескольких минут после Большого взрыва все нейтроны, образовавшиеся в результате бариогенезиса, были либо захвачены протонами (с образованием дейтронов), либо распались. Измерения первичной распространённости лёгких элементов (дейтерия, гелия, лития) позволяют исследовать этот период ранней Вселенной.
Звёздный нуклеосинтез
Нейтронный захват очень важен для процесса нуклеосинтеза элементов тяжелее железа. Выделяют 2 вида захватов: быстрый r-процесс (проходящий при высокой плотности нейтронов, когда бета-радиоактивные ядра — продукты захвата не успевают распасться до момента следующего захвата нейтрона) и медленный s-процесс (в этом случае скорость захватов меньше скорости бета-распада).
Источник
Захват нейтронов — Neutron capture
Наука с нейтронами
Фонды
Температура нейтронов
Поток·Радиация·Транспорт
Поперечное сечение·Поглощение·Активация
Рассеяние нейтронов
Нейтронная дифракция
Малоугловое рассеяние нейтронов
ГИСАНЫ
Рефлектометрия
Неупругое рассеяние нейтронов
Трехосевой спектрометр
Времяпролетный спектрометр
Спектрометр обратного рассеяния
Спектрометр спинового эха
Другие приложения
Нейтронная томография
Анализ активации·Оперативный анализ гамма-активации
Фундаментальные исследования с нейтронами : Ультрахолодные нейтроны·Интерферометрия.
Терапия быстрыми нейтронами
Нейтронно-захватная терапия
Инфраструктура
Источники нейтронов : Исследовательский реактор·Расщепление·Замедлительнейтронов.
Европа: BER II·FRM II·ILL·Источник нейтронов и мюонов ISIS·ОИЯИ·LLB·PINS·SINQ
Исторический: IPNS·HFBR
В стадии строительства: ESS
Захват нейтрона — это ядерная реакция, в которой атомное ядро и один или несколько нейтронов сталкиваются и сливаются, образуя более тяжелое ядро. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, они могут проникнуть в ядро легче, чем положительно заряженные протоны , которые отталкиваются электростатически .
Захват нейтронов играет важную роль в космическом нуклеосинтезе тяжелых элементов. В звездах он может протекать двумя путями: как быстрый процесс ( r-процесс ) или как медленный процесс ( s-процесс ). Ядра с массой более 56 не могут образоваться в результате термоядерных реакций (например, путем ядерного синтеза ), но могут быть образованы путем захвата нейтронов. При захвате нейтронов протонами получается линия с энергией 2,223 МэВ, которую предсказывают и обычно наблюдают во время солнечных вспышек .
СОДЕРЖАНИЕ
Захват нейтронов при малом потоке нейтронов
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 используются тепловые нейтроны , 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
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 увеличивается 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 захвата
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 .
Сечение поглощения часто сильно зависит от энергии нейтронов . В общем, вероятность поглощения пропорциональна времени нахождения нейтрона 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 конкретными измерениями 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 встречающихся, когда замедление нейтронов замедляет нейтрон. из оригинальной 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
Нейтронный захват участвует в образовании изотопов химических элементов. Таким образом, энергия захвата нейтронов влияет на стандартную энтальпию образования изотопов.
Использует
Нейтронно-активационный анализ можно использовать для дистанционного определения химического состава материалов. Это связано с тем, что при поглощении нейтронов разные элементы испускают разное характеристическое излучение. Это делает его полезным во многих областях, связанных с разведкой полезных ископаемых и безопасностью.
Поглотители нейтронов
В технике наиболее важным поглотителем нейтронов является 10 B , используемый в качестве карбида бора в управляющих стержнях ядерных реакторов или в качестве борной кислоты в качестве добавки к охлаждающей воде в реакторах с водой под давлением . Другими поглотителями нейтронов, используемыми в ядерных реакторах, являются ксенон , кадмий , гафний , гадолиний , кобальт , самарий , титан , диспрозий , эрбий , европий , молибден и иттербий . Все они встречаются в природе в виде смесей различных изотопов, некоторые из которых являются отличными поглотителями нейтронов. Они могут возникнуть в соединениях , такие как молибден борид, гафний диборид , диборид титана , диспрозий титанат и гадолиний титанат .
Гафний сильно поглощает нейтроны, и его можно использовать в управляющих стержнях реактора . Однако он находится в тех же рудах, что и цирконий , который имеет ту же конфигурацию внешней электронной оболочки и, следовательно, имеет аналогичные химические свойства. Их ядерные свойства совершенно разные: гафний поглощает нейтроны в 600 раз лучше, чем цирконий. Последний, будучи по существу прозрачным для нейтронов, ценится для внутренних частей реактора, включая металлическую оболочку топливных стержней . Чтобы использовать эти элементы в их соответствующих приложениях, цирконий должен быть отделен от встречающегося в природе гафния. Этого можно добиться с помощью ионообменных смол .
Источник
Захват нейтронов
Наука с нейтронами
Фонды
Температура нейтронов
Поток·Радиация·Транспорт
Поперечное сечение·Поглощение·Активация
Рассеяние нейтронов
Нейтронная дифракция
Малоугловое рассеяние нейтронов
ГИСАНЫ
Рефлектометрия
Неупругое рассеяние нейтронов
Трехосевой спектрометр
Времяпролетный спектрометр
Спектрометр обратного рассеяния
Спектрометр спинового эха
Другие приложения
Нейтронная томография
Анализ активации·Оперативный анализ гамма-активации
Фундаментальные исследования с нейтронами : Ультрахолодные нейтроны·Интерферометрия.
Быстрая нейтронная терапия
Нейтронно-захватная терапия
Инфраструктура
Источники нейтронов : исследовательский реактор·расщепление·замедлитель нейтронов.
Европа: BER II · FRM II · ILL · Источник нейтронов и мюонов ISIS · ОИЯИ · LLB · PINS · SINQ
Исторический: IPNS · HFBR
В стадии строительства: ESS
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 .
Содержание
1 Захват нейтронов при малом потоке нейтронов
2 Захват нейтронов при высоком нейтронном потоке
3 Поперечное сечение захвата
4 Термохимическое значение
5 видов использования
6 поглотителей нейтронов
7 См. Также
8 ссылки
9 Внешние ссылки
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.
