Нейтронное излучение.

Нейтрон, электрически нейтральная частица с массой, незначительно превышающей массу протона, открыт в 1932 г. Джеймосм Чедвиком. Из протонов и нейтронов построены все атомные ядра.

Свободный нейтрон - это нестабильная, электрически нейтральная частица со следующими свойствами:

Таблица 1.

Свободные нейтроны по величине кинетической энергии условно разделяют на следующие энергетические группы:

1.     Медленные нейтроны                             Т<1 кэВ;

в эту группу входят:

• ультрахолодные нейтроны        Т≤ эВ;
• холодные нейтроны                   ;
• тепловые нейтроны                    0,005 эВ<Т<0,5 эВ;

Энергия тепловых нейтронов сравнима с энергией тепловых колебаний атомов твердого тела. наиболее вероятная энергия тепловых колебаний , где  - постоянная Больцмана, - абсолютная температура, К. При нормальной температуре К  . соответствующая этой энергии наиболее вероятная скорость тепловых электронов равна 220 м/c.

• надтепловые нейтроны               0,5 кэВ<Т<1 эВ.

2.     Нейтроны промежуточных энергий       1 кэВ<Т<200(500) кэВ;

3.     Быстрые нейтроны                                   200(500) кэВ<Т<20 МэВ;

4.     Сверхбыстрые нейтроны                         Т>20 МэВ.

В нерелятивистской области скорость движения нейтрона (ν) и его длина волны () связаны с кинетической энергией нейтрона (Т) в эВ соотношениями

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц, имеющих массу, примерно равную массе протона. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение взаимодействует только с атомными ядрами среды и обладает достаточно большой проникающей способностью.

Процесс ослабления нейтронного излучения при прохождении через вещество складывается из процессов замедления быстрых и промежуточных нейтронов, диффузии тепловых нейтронов и их захвата ядрами среды.

В процессах замедления быстрых и промежуточных нейтронов основную роль играет передача нейтронами энергии ядрам среды при прямых столкновениях с ними (неупругое и упругое рассеяние). При неупругом рассеянии часть энергии нейтронов расходуется на возбуждение ядра, которое снимается гамма-излучением. При упругом рассеянии чем меньше масса ядра и больше угол рассеяния, тем большую часть своей энергии передает нейтрон ядру. Вероятность упругого рассеяния практически постоянна до энергий 200 кэВ, и уменьшается в 3-5 раз по мере роста энергии нейтронов.

Радиационный захват нейтронов возможен на любых ядрах, за исключением ядер гелия. При захвате образуется возбужденное ядро, которое переходит в основное состояние с испусканием гамма-излучения, характерного для каждого нуклида, что широко используется для нейтронно-активационного анализа химического состава сред с высочайшей степенью точности (до 10-8%). На легких ядрах наблюдаются ядерные реакции с вылетом протонов и альфа-частиц. Тяжелые ядра при захвате нейтронов делятся на два более легких ядра с освобождением энергии до 200 МэВ, из которых порядка 160 МэВ передается осколкам деления. Вероятность захвата имеет индивидуальную для нуклидов зависимость от энергии нейтронов, с резонансными пиками и спадом к области высоких энергий.  Захват нейтронов преобладает для медленных и тепловых нейтронов.

Защита от нейтронов выполняется из смеси (слоев) тяжелых элементов (железо, свинец для неупругого рассеяния), легких водородо- и углеродосодержащих веществ (вода, парафин, графит – упругое рассеяние), и элементов захвата тепловых нейтронов (водород, бор). При среднем соотношении 1:4 тяжелых и легких элементов ослабление потока нейтронов в 10:100:1000 раз достигается в слоях примерно 20:32:40 см.

Из всех видов внешних воздействий на человека нейтронное излучение наиболее опасно, т.к. интенсивно замедляется и поглощается водородосодержащей средой организма и вызывает ядерные реакции в его внутренних органах.