Нейтронный захват

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ядерные процессы
Радиоактивный распад

Нуклеосинтез

Нейтро́нный захва́т — вид ядерной реакции, в которой ядро атома соединяется с нейтроном и образует более тяжёлое ядро:

(A, Z) + n → (A+1, Z) + γ.

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.

Физика[править | править вики-текст]

Процесс взаимодействия ядра с нейтроном носит вероятностный характер и может происходить по трем основным схемам:

  • Упругое рассеяние, при котором ядро сохраняет целостность. Нейтрон и ядро изменяют свою кинетическую энергию в соответствии с законами механики.
  • Неупругое рассеяние, при которой ядро разваливается под ударом нейтрона.
  • Ядерная реакция, при которой ядро поглощает нейтрон (нейтронный захват).

Каждому из возможных сценариев соответствует своя вероятность, характеризуемая сечением взаимодействия. Сечения зависят от состава ядра и кинетической энергии нейтрона.

В результате реакции захвата нейтрона образуется более тяжёлый изотоп того же химического элемента, как правило, в возбуждённом состоянии. Возбужденные состояния, энергия возбуждения которых меньше энергии связи частицы или группы частиц в данном ядре, называются связанными. В этом случае возбуждение может сниматься лишь излучением одного или нескольких гамма-квантов. Состояния с энергией возбуждения, превышающей энергию связи частиц, называются квазистационарными. В этом случае ядро может испустить частицу или гамма-квант. У тяжёлых ядер возможно деление. Вероятность деления после захвата нейтрона часто рассматривают отдельно от вероятности захвата, говоря о сечении деления.

Образовавшийся в результате нейтронного захвата изотоп может быть как стабильным, так и нестабильным (радиоактивным). Активация материалов в результате нейтронного облучения (в частности, в ядерных реакторах) является значимым источником радиоактивных отходов.

Сечение захвата[править | править вики-текст]

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.

Сечение деления[править | править вики-текст]

Способность тяжелых ядер к захвату нейтрона с последующим распадом (делением) является краеугольным камнем ядерных технологий.

Применение[править | править вики-текст]

Нуклеосинтез[править | править вики-текст]

Первичный нуклеосинтез[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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).

Ссылки[править | править вики-текст]