Ядерные реакции под действием нейтронов

Столкновение быстрого нейтрона с ядром в большинстве случаев приводит к рассеянию нейтрона, т.е. к изменению направления его полета и передачи при этом ядру части энергии. Возможен, однако, и другой результат столкновения: нейтрон захватывается ядром, и благодаря этому происходит ядерная реакция. Примером ядерной реакции по действием нейтронов является расщепление бора:

.

Ядро бора, захватывая нейтрон, расщепляется на ядра лития и гелия, разлетающиеся с большой скоростью.

Реакцию бора с нейтронами можно наблюдать, поместив в камеру Вильсона тонкий слой бора. Облучая камеру быстрыми нейтронами, мы увидим на снимках жирные следы ядер лития и гелия, выходящих во все стороны из слоя (рис. 398, а).

Рис. 398. Схема опыта по наблюдению расщепления бора быстрыми (а) Iи медленными (б) нейтронами: 1 — источник нейтронов, 2 — тонкая борная пленка в камере Вильсона, 3— парафиновая сфера. Короткие жирные следы вызваны ядрами , более длинные — -частицами. Штриховой линией указан путь одного из нейтронов в парафиновой сфере

Окружим источник нейтронов веществом, содержащим много водорода, например парафиновой сферой диаметром . Теперь на пути в камеру нейтроны будут испытывать соударения с ядрами углерода ( ) и, что особенно существенно, с протонами. При этом, как мы выяснили в предыдущем параграфе, нейтроны будут замедляться и попадут в камеру Вильсона с энергией, во много раз меньшей своей начальной энергии. Действие парафина будет неожиданным: число следов на снимках, а значит число расщеплений ядер бора, многократно увеличится (рис. 398, б). Следовательно, чем медленнее нейтроны, тем с большей эффективностью они захватываются ядрами и производят ядерные реакции.

Помимо скорости нейтрона, эффективность, с которой нейтроны захватываются веществом, зависит еще от рода атомов. Наблюдая прохождение медленных нейтронов через слой бора, обнаружим, что они почти полностью задерживаются слоем бора толщиной в доли миллиметра. Подобные же опыты показывают, что, кроме бора, сильными поглотителями медленных нейтронов являются кадмий, литий, хлор, серебро и др. Напротив, такие вещества, как бериллий, тяжелая вода, углерод, висмут, поглощают медленные нейтроны крайне слабо.

Сильное поглощение ядрами медленных нейтронов объясняется отсутствием сил электрического отталкивания (так как нейтрон лишен заряда) и существованием сил притяжения между ядрами и нейтронами (см. § 225). Быстрый нейтрон пролетает мимо ядра за такой короткий промежуток времени, что силы притяжения не успевают отклонить его и втянуть в ядро. Чем медленнее движется нейтрон, тем большее время находится он под действием сил притяжения со стороны ядра и тем легче захватывается им. Захват ядрами является одной из причин, почему нейтроны не существуют длительно в свободном виде. Второй причиной является радиоактивность нейтрона. Опыты показывают, что свободный нейтрон с течением времени превращается в протон, испуская при этомэлектрон и нейтрино (см. §230). Период полураспада нейтрона — около 15 мин.