Повільні нейтрони - це
нейтрони з кінетичною енергією до 100 кев. Розрізняють ультрахолодні нейтрони (0-10 -7 ев), холодні нейтрони (10 -7 -5.10 -3 ев), теплові нейтрони (5.10 -3 -0,5 ев), резонансні нейтрони (0,5 ев - 10 кев) і проміжні нейтрони (10-100 кев). Часто резонансні і проміжні нейтрони об'єднують під загальним терміном «проміжні нейтрони» (0,5 ев - 100 кев). Нейтрони з енергією> 100 кев називаються швидкими. Виділення термінів «М. н. »і« швидкі нейтрони »пов'язане з різним характером їх взаємодії з речовиною, різними методами отримання і реєстрації, а також з різними напрямами використання. Наведені значення граничних енергій умовні. Насправді ці кордони розмиті і залежать від типу явищ і конкретного речовини.
Взаємодія М. і. з ядрами. Універсальним процесом, який йде на всіх ядрах при будь-якої енергії нейтрона, є розсіяння нейтронів. Особливість розсіювання М. н. полягає в тому, що воно не супроводжується переходом ядра в збуджений стан (пружне розсіяння). Непружне розсіювання стає можливим, починаючи з енергії, рівної (1 + 1 / А) EВ. де А - масове число розсіює ядра, EВ - енергія його першого збудженого рівня. Ця енергія, як правило, не менше кількох десятків кев. а для парно-парних сферичних ядер досягає декількох МеВ.
Оскільки 100 кев в ядерному масштабі енергій невелика величина, М. н. можуть викликати тільки такі Ядерні реакції. які супроводжуються виділенням енергії (екзотермічні). Сюди відноситься перш за все захоплення нейтрона ядром, що супроводжується електромагнітним випромінюванням (радіаційний захоплення). Радіаційний захват енергетично вигідний і з більшою чи меншою ймовірністю (ефективним перерізом) спостерігається для всіх ядер за винятком 4 He. Три інших типи ядерних реакцій, енергетично вигідних для багатьох ядер, - це реакції (n, р), (n, α) і ділення (див. Ядра атомного ділення). Реакції 3 He (n, р) 3 Н, 10 B (n, α) 7 Li, 6 Li (n, α) 3 H і 14 N (n, р) 14 З широко використовуються для реєстрації М. н. (Див. Нижче), а також (за винятком першої) для захисту від М. н. Останні 2 реакції використовуються також для отримання тритію (Див. Тритій) і ізотопу вуглецю 14 C. Реакція ділення викликається М. н. тільки на окремих найбільш важких ядрах - 233 U, 235 U, 239 Pu і деяких інших.
Найхарактернішою рисою взаємодії М. н. з ядрами є наявність резонансних максимумів (резонансів) в енергетичній залежності ефективних перерізів. Кожен резонанс відповідає збудженому стану складеного ядра з масовим числом (А + 1), з енергією збудження, рівній енергії зв'язку нейтрона з ядром плюс величина [А / (А + 1)] E0. де E0 - кінетична енергія нейтрона, при якій спостерігається резонанс. Енергетична залежність ефективного перерізу поблизу резонансу описується формулою Брейта - Вігнера (див. Нейтронна спектроскопія).
Зі збільшенням енергії нейтронів резонансні лінії розширюються, починають перекриватися і відбувається перехід до характерної для швидких нейтронів плавної залежності перетинів від енергії.
Перетин будь-якої ядерної реакції, що викликається досить повільним нейтроном, обернено пропорційно його швидкості v. Це співвідношення називається законом 1 / v. Відома настільки ж загальна поправка до закону 1 / v. істотна, проте, тільки для окремих реакцій, що володіють дуже великим ефективним перерізом [наприклад, 7 Be (n, р), 3 Чи не (n, р)]. Зазвичай же відхилення від закону 1 / v настають, коли енергія нейтрона стає порівнянною з енергією найближчого до 0 резонансного рівня. Для теплових нейтронів закон 1 / v справедливий для переважної більшості ядер.
Розсіювання М. н. в атомних системах. Характер розсіювання М. н. в молекулах і в кристалах залежить від співвідношення між енергією нейтрона En і різницею енергій ΔE між рівнями енергії системи і співвідношення між довжиною хвилі нейтрона λ (див. Хвилі де Бройля) і міжатомними відстанями a. При En> ΔE і λ 2 (А - масове число ядра).
При En Повільні нейтрони ΔE і λ Повільні нейтрони а (теплові нейтрони) можливе пружне розсіяння (без зміни енергії нейтрона), а при неупругом розсіянні нейтрон може вже не тільки втрачати, але і здобувати енергію, причому зміна його енергії залежить не тільки від маси ядра , але і від енергетичного спектру системи. Ядро при цьому залишається збудженому. При λ Повільні нейтрони а має місце дифракція нейтронів (див. Дифракція часток) і магнітне розсіювання на атомних електронах.
Для теплових нейтронів при ковзному падінні на поверхню багатьох твердих тіл спостерігається повне відображення, причому інтервал кутів, в якому відбувається відображення, зростає зі зменшенням енергії нейтронів. Ультрахолодні нейтрони (швидкість ≤ 5 м / сек) здатні дзеркально відбиватися при будь-якому куті падіння на гладку поверхню багатьох твердих тіл. Тому такі нейтрони здатні зберігатися тривалий час (сотні секунд) усередині замкнутих судин з полірованими стінками (див. Ультрахолодні нейтрони. Нейтронна оптика).
Джерела і детектори. М. н з En ≥ 10 кев можна отримувати за допомогою електростатичних генераторів (Див. Електростатичний генератор) в ядерних реакціях типу (р, n). Найчастіше користуються реакціями 7 Li (р, n) і 3 Н (р, n). Енергія нейтронів регулюється зміною напруги, що прискорює протони (див. Нейтронні джерела). Для отримання М. н. використовують уповільнення швидких нейтронів (див. Уповільнення нейтронів). При уповільненні утворюється суцільний спектр нейтронів, причому в досить великих масах хороших сповільнювачів (вода, графіт і ін.) Велика частина нейтронів досягає теплових швидкостей. Утворюються теплові нейтрони, що знаходяться в тепловій рівновазі з середовищем і що володіють максвелловським розподілом по енергіях (див. Больцмана статистика). При кімнатній температурі найбільш вірогідна енергія в потоці теплових нейтронів дорівнює 0,025 ев.
Для отримання більш повільних нейтронів використовують охолоджування сповільнювачів до температури рідкого азоту або нижче. Для виділення холодних нейтронів застосовують фільтрацію пучка теплових нейтронів через деякі речовини (Be, Pb, графіт та інші). Такі речовини прозорі для нейтронів з довжиною хвилі λ> 2d. де d - найбільша відстань між атомними площинами. Фільтри з берилію і графіту пропускають нейтрони з енергією, меншою 5,2.10 -3 ев і 1,5.10 -3 ев відповідно.
Детектування М. н. виробляється по реєстрації продуктів що викликаються ними ядерних реакцій (див. Нейтронні детектори). Метод реєстрації ядер віддачі, що виникають при розсіюванні нейтронів, застосовуваний для детектування швидких нейтронів, для М. н. непридатний, тому що повільні ядра віддачі не виробляють іонізації.
Застосування. М. н. і зокрема теплові нейтрони, мають величезне значення для роботи ядерних реакторів. Великі потоки теплових нейтронів в ядерних реакторах широко використовуються для отримання радіоактивних ізотопів. Нейтронні резонанси дають можливість вивчення властивостей збудження рівнів ядер у вузькій смузі енергій збудження в області енергії зв'язку нейтрона в ядрі Повільні нейтрони 5-8 МеВ. Для фізики твердого тіла велике значення мають структурні дослідження кристалів за допомогою дифракції теплових нейтронів. Дослідження непружного розсіяння теплових і холодних нейтронів дають важливі відомості про динаміку атомів в твердих тілах і рідинах і про властивості молекул (див. Нейтронографія).
Літ .: Блатт Дж. Вайськопф В. Теоретична ядерна фізика, переклад з англійської, М. 1954; Фельд Б. Т. Нейтронна фізика, в книзі: Експериментальна ядерна фізика, під редакцією Е. Сегре, переклад з англійської, т. 2, М. 1955; Юз Д. Нейтронні дослідження на ядерних котлах, переклад з англійської, М. 1954; його ж, Нейтронні ефективні перерізи, переклад з англійської, М. 1959; Власов Н. А. Нейтрони, 2 видавництва. М. 1971; Гуревич І. І. Тарасов Л. В. Фізика нейтронів низьких енергій, М. тисяча дев'ятсот шістьдесят п'ять.