Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Interakce neutronů s hmotou 1) Úvod 2) Pružný rozptyl neutronů 3) Nepružný rozptyl neutronů 4) Záchyt neutronu 5) Další jaderné reakce 6) Tříštivé reakce,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Interakce neutronů s hmotou 1) Úvod 2) Pružný rozptyl neutronů 3) Nepružný rozptyl neutronů 4) Záchyt neutronu 5) Další jaderné reakce 6) Tříštivé reakce,"— Transkript prezentace:

1 Interakce neutronů s hmotou 1) Úvod 2) Pružný rozptyl neutronů 3) Nepružný rozptyl neutronů 4) Záchyt neutronu 5) Další jaderné reakce 6) Tříštivé reakce, hadronová sprška Většinou ztráta jen části energie Důležité účinné průřezy jaderných interakcí

2 Úvod Neutron nemá elektrický náboj → interakce pouze silnou jadernou interakcí Magnetický moment neutronu → interakce i elektromagnetickou interakcí, většinou zanedbatelný vliv Rozdělení neutronů podle jejich energie: Ultrachladné: E < eV Chladné a velmi chladné: E = (10 -6 eV – 0,0005 eV) Tepelné neutrony – (0,002 eV – 0,5 eV) neutrony v tepelné rovnováze s okolím, Maxwellovo rozdělení rychlostí pro 20 o C je nejpravděpodobnější rychlost v = 2200 m/s → E = 0,0253 eV Epitermální neutrony a rezonanční neutrony: E = (0,5 eV – eV) Kadmiový práh: ~ 0,5 eV - s větší energií procházejí 1 mm Cd Pomalé neutrony: E < 0,3 eV Rychlé neutrony: E = (0,3 eV – 20 MeV) Neutrony vysokých energií: E = (20 MeV – 100 MeV) Relativistické neutrony: 0,1 – 10 GeV Ultrarelativistické neutrony: E > 10 GeV

3 Pružný rozptyl neutronů Nejčastější proces využívaný ke zmenšení kinetické energie (zpomalování) neutronů Zpomalování – proces řady nezávislých pružných rozptylů neutronu na jádrech Využití odraženého jádra při rozptylu pro určení energie neutronu Čím těžší jádro, tím nižší energii mu může neutron předat: Maximální předaná energie (nerelativistický případ čelní srážky): ZZH: p n0 = p A - p n ZZE: E n0KIN = E AKIN + E nKIN  p n0 2 /2m n = p A 2 /2m A + p n 2 /2m n ZZH: p n 2 = p A 2 – 2p A p n0 + p n0 2  m A p n 2 = m A p A 2 – 2m A p A p n0 + m A p n0 2 ZZE: m A p n 2 = - m n p A 2 + m A p n0 2 Rovnice odečteme: 0 = m A p A 2 + m n p A 2 – 2m A p A p n0  m A p A + m n p A = 2m A p n0

4 p n = p n0 ·cosθ  E n = E n0 ·cos 2 θp p = p n0 ·sinθ  E p = E n0 ·sin 2 θ Využití vodíku (θ – úhel rozptylu neutronu, ψ – úhel odrazu protonu) m p = m n : p p = p n0 ·cosψ  E p = E n0 ·cos 2 ψ p n = p n0 ·sinψ  E n = E n0 ·sin 2 ψ ψ = π/2-θ Závislost energie přenesené na proton na úhlu odrazu Pro jádro: Pružný rozptyl: v našem případě částice 1 – neutron částic 2 – proton, obecně jádro

5 Rovnici pak můžeme přepsat do tvaru: Pro pružný rozptyl platí: Podílem těchto vztahů dostaneme: Odvození vztahu mezi úhly rozptylu v těžišťové a laboratorní souřadné soustavě: Vztah mezi komponentami rychlostí ve směru pohybu částice svazku je: Vztah mezi komponentami rychlostí kolmými na směr pohybu částice svazku: Laboratorní souřadná soustava Těžišťová souřadná soustava a tedy a platí požadovaný vztah: Malé expozé s odvozením vztahu mezi laboratorními a těžišťovými úhly: odvoďte! VSUVKA

6 σ S (θ CM ) - izotropní  σ S (θ CM ) = σ S /(4π) (platí přibližně pro protony do E n0 < 10 MeV) Rozdělení energie odražených protonů pro E n0 < 10 MeV Účinnost ε dána: Určíme příslušný diferenciál dE A : Úhlové rozdělení rozptýlených neutronů v těžišťové soustavě: Vztah mezi úhlovým rozdělením a energetickým rozdělením: Dosadíme a vyjádříme rozdělení předané energie: Dosadíme za dE A :

7 Využívá se difrakce neutronů na krystalové mříži E [eV]0,0010,0050,010, λ [nm]0,910,410,290,0910,0290,00910,00290,00091 Mřížkové konstanty jsou v řádu 0,1 – 1 nm → Energie neutronů v řádu meV až eV Připomenutí: Braggův zákon: n·λ = 2d·sin Θ E n << m n c 2 = 0,0288 eV ½ ∙nm pro E n v [eV] Koherentní rozptyl – difrakce na mříži Nemění se velikost energie ani hybnosti a vlnové délky neutronu

8 Jaderné reakce neutronů Záchyt neutronu: (n,γ) Účinný průřez reakce 139 La(n,γ) 140 La Rezonanční oblastTermální oblast Vysoké hodnoty účinných průřezů pro nízkoenergetické neutrony Exotermické reakce 157 Gd(n,γ) – pro termální neutrony jeden z vůbec největších σ ~ barn Uvolněná energie umožňuje detekci Nepružný rozptyl neutronu Část energie se přemění na excitační → přesnost určení energie dána jejím osudem Konkurenční proces k pružnému rozptylu na jádrech těžších než proton Jeho podíl roste s rostoucí energií

9 Reakce (n, 2n), (n,3n),...Endotermické (prahové) reakce Reakce (n,d), (n,t), (n,α)... Reakce využívané pro detekci nízkoenergetických neutronů (exoergické): 10 B(n,α) 7 Li Q = 2,792 a 2,310 MeV, E α = MeV, E Li = MeV σ th = 3840 b 1/v do 1 keV 6 Li(n,α) 3 H Q = 4,78 MeV, E α = 2,05 MeV, E H = 2,73 MeV σ th = 940 b 1/v do 10 keV 3 He(n,p) 3 H Q = 0,764 MeV, E p = 0,573 MeV, E H = 0,191 MeV σ th = 5330 b 1/v do 2 keV E J + E Č = Q m J v J = m Č v Č → (dvoučásticový rozpad složeného jádra v klidu, nerelativistické přiblížení) Příklady prahových reakcí: 197 Au(n,2n) 196 Au 197 Au(n,4n) 194 Au 27 Al(n,α) 24 Na Reakce využívané k detekci rychlých neutronů – prahové reakce Prahové reakce Bi(n,Xn)Bi

10 Indukované štěpení: (n,f) Exotermické s velmi vysokým Q ~ 200 MeV Indukováno nízkoenergetickými reakcemi (termální): 233 U, 235 U, 239 Pu Indukováno rychlými neutrony: 238 U, 237 Np, 232 Th Indukováno „relativistickými“ neutrony: 208 Pb Vysoké energie E > 0,1 GeV → reakce protonů a neutronů jsou podobné Tříštivé reakce, hadronová sprška Interakce realativistických a ultrarelativistických neutronů Stejný průběh jako pro protony a jádra


Stáhnout ppt "Interakce neutronů s hmotou 1) Úvod 2) Pružný rozptyl neutronů 3) Nepružný rozptyl neutronů 4) Záchyt neutronu 5) Další jaderné reakce 6) Tříštivé reakce,"

Podobné prezentace


Reklamy Google