A neutronok kölcsönhatása anyaggal
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2014. augusztus 30-án áttekintett verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .A neutronok anyaggal való kölcsönhatása azok a fizikai folyamatok, amelyek akkor mennek végbe, amikor különböző energiájú neutronok kerülnek az anyagba. A neutronok és az anyag közötti kölcsönhatások különböző típusai közül a legjellemzőbbek az ionizáció, a rugalmas és rugalmatlan szórás, valamint a magreakciók [1] .
Ionizáció
Az ionizáció az elektronok elválasztása az atomoktól a neutron kinetikus energiája hatására. A neutronok és az elektronok kölcsönhatását a mágneses momentumaik közötti kölcsönhatás határozza meg. Ez a kölcsönhatás olyan kicsi, hogy energiája csak 10-11 cm távolságban éri el az ionizációs potenciált (10 eV nagyságrendű), ezért a neutronionizációs fékezési keresztmetszete körülbelül 10-22 cm2, azaz egy millió szor kisebb, mint egy töltött részecske esetében. A neutron atommaggal való ütközésének valószínűsége még kisebb (a keresztmetszete 10 -24 cm 2 , azaz száz ionizációnként egy neutron ütközése egy atommaggal történik). Az ionizáció során azonban a neutron az energiájának jelentéktelen részét (10 eV nagyságrendű) veszíti el, míg az atommaggal való ütközéskor jelentős az energiaveszteség. Így az anyagban való mozgás során a neutronenergia fő veszteségeit az atommagokkal való ütközések okozzák. Ebben az esetben egy ütközés körülbelül 100 ionizációt jelent [1] .
A ferromágnesekben, ahol az elektronok mágneses momentumai azonosan orientálódnak, jelentősen megnő a neutron és az elektron közötti kölcsönhatás valószínűsége, és észrevehetővé válik a neutron eltérése az eredeti pályától [1] .
Nagyon gyenge elektromos kölcsönhatás is van a neutron és az elektron között. Ez azzal magyarázható, hogy a neutron elektromosan töltött kvarkokból áll. Ez a kölcsönhatás azonban csak a neutron méretével összemérhető távolságokon válik jelentőssé [1] .
Szórás
A neutronok fő energiavesztesége az atommagoknál következik be. Ebben az esetben a neutronok és az atommagok kölcsönhatásának két típusát különböztetjük meg [1] : 1) Rugalmas potenciálszórás a magerőkön. Ebben az esetben a neutron nem lép be az atommagba, hanem elég közel halad el hozzá. 2) Különféle típusú magreakciók: (n,γ), (n,p), (n,α), maghasadás, az atommagba jutó rugalmas szórás.
Az egyes folyamatok szerepét a megfelelő szakasz határozza meg [1] .
Vannak olyan anyagok, amelyek hatékony neutronmoderátorok. Számukra a fő szerepet a rugalmas szórás játssza. Az atommagokkal való számos ütközés után a neutron elveszíti energiája nagy részét, és termikus neutronná válik. A jövőben a neutron hőmozgást végez az anyag belsejében, amíg el nem nyeli az atommagban [1] .
Nukleáris reakciók
A neutronok anyaggal való kölcsönhatásának eredményeként létrejövő magreakciók akkor lépnek fel, amikor egy neutront az atommag elnyel. A neutronok részvételével zajló nukleáris reakcióknak többféle típusa létezik [2] :
Sugárzó neutronbefogás
A neutront az atommag elnyeli, a felesleges energiát pedig γ-kvantum formájában bocsátják ki.
(A,Z) + n = (A+1,Z) + γ.
Ebben az esetben gyakran instabil mag képződik, amely β-bomláson megy keresztül:
(A+1,Z) = (A+1,Z+1) + e- + ν̃
Ezek a reakciók az 500 keV alatti energiájú neutronokra jellemzőek.
Protonokat termelő reakciók
(A,Z) + n = (A,Z-1) + p.
Ezek a reakciók leginkább az 500 keV - 10 MeV energiájú neutronokra jellemzőek.
Reakciók α-részecskék képződésével
(A,Z) + n = (A-3,Z-2) + α.
Ezek a reakciók az 500 keV - 10 MeV energiájú neutronokra is jellemzőek, de bizonyos esetekben termikus neutronokkal mennek végbe.
Hasadási reakciók
(A,Z) + n = (A1,Z1) + (A2,Z2), ahol
A1+A2=A+1; Z1+Z2=Z; A1: A2 ≈ 2:3.
Akkor keletkeznek, amikor az uránt és a transzurán elemeket 1 MeV feletti energiájú neutronokkal sugározzák be. Egyes izotópok esetében a reakciók termikus neutronokkal mennek végbe. A hasadás során hatalmas energia keletkezik (magonként kb. 200 MeV), ezért reakciók segítségével nukleáris energiát nyernek (atomreaktorok, atombombák).
Két vagy több nukleont termelő reakciók
Az (n,2n), (n,np), (n,3n) és mások reakciói a 10 MeV feletti energiájú neutronokra jellemzőek, és gyakran gyors neutrondetektorként szolgálnak.
Rugalmatlan neutronszórás
A több száz keV energiájú neutront az atommag elnyeli, gerjesztett állapotba viszi, majd kirepül az atommagból (nem mondható, hogy ugyanaz a neutron repült volna ki, mivel az atommagban a neutronok megkülönböztethetetlenek ), de más energiával.