Замедление нейтронов

ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ, уменьшение кинетической энергии нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами замедляющей среды. Впервые замедление нейтронов наблюдал и объяснил Э. Ферми (1934-35). Исчерпывающая теория замедления нейтронов была развита независимо учёными СССР и США в середине 20 века в период работы над атомной проблемой.

Механизм замедления нейтронов зависит от кинетической энергии нейтронов Е_к. Достаточно быстрые нейтроны (Е_к = 0,1-10 МэВ) расходуют энергию главным образом на возбуждение ядер и ядерные реакции, сопровождающиеся вылетом нейтрона меньшей энергии. При уменьшении энергии нейтронов их соударения с ядрами становятся упругими, т. е. возбуждение ядер не происходит, а механизм столкновения подобен столкновению бильярдных шаров (только «шар» ядра больше и тяжелее «шара» нейтрона). Поэтому при одном упругом соударении нейтрон теряет тем большую долю своей энергии, чем легче ядро (для водорода, масса ядра которого примерно равна массе нейтрона, нейтрон теряет в среднем половину энергии, а иногда и всю). Энергетическое распределение упруго замедляющихся нейтронов при отсутствии захвата нейтронов подчиняется закону 1/Е_к (так называемый спектр Ферми). За несколько столкновений нейтрона с ядрами (для водорода - 16, для бериллия - 69, для графита - 91) его энергия уменьшается и становится сравнимой с энергией теплового движения ядер среды (Е_к<0,2 эВ). На этом этапе замедления, которое называется термализацией нейтронов, нейтрон обменивается энергией с атомами среды, и теряя, и приобретая энергию, пока не установится равновесие между нейтронным газом и замедляющей средой (если нейтрон не будет раньше захвачен ядрами среды).

Образующиеся после замедления нейтронов тепловые нейтроны играют важную роль в науке и технике, прежде всего в ядерном реакторостроении. Тепловые нейтроны служат также инструментом для изучения свойств веществ и материалов методами нейтронной спектроскопии и дифракции нейтронов. Вещества, используемые для замедления нейтронов в ядерном реакторе, называют замедлителями нейтронов.

Лит.: Гуревич И. И. Диффузия и замедление нейтронов. М., 11987]; Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. 3-е изд. М., 2002.