Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Изучение рассеяния быстрых нейтронов на ядрах



Радиус ядра

Первые представления о размерах атомного ядра были получены Резерфордом в результате опытов по изучению рассеяния α-частиц. Для согласования результатов опытов с расчетами потребовалось предположить, что значительная часть массы атома сосредоточена в его центральной части - ядре, которое можно представить в виде шара размером примерно 10-12 см.

В дальнейшем размеры ядер определялись разными способами:

1) оценка радиуса α-радиоактивных ядер по постоянной α-распада; (см. § 17, п. 5);

2) анализ полуэмпирической формулы для массы и энергии связи ядра; (см. § 10);

3) исследование рентгеновского излучения µ-атомов; (см. § 106, п. 2);

4) изучение рассеяния быстрых нейтронов на ядрах;

5) измерение рассеяния быстрых электронов на ядрах.

Рассмотрим два последних способа.

Изучение рассеяния быстрых нейтронов на ядрах

Достаточно точно можно определить радиусы ядер при изучении взаимодействия быстрых нейтронов с атомными ядрами. Вероятность взаимодействия в ядерной физике харак­теризуется эффективным сечением σ, которое для быстрых дейтронов определяется следующим образом. Пусть N - поток нейтронов, падающих на 1 см2 тонкой мишени (т. е. такой, что ядра мишени не перекрывают, не затеняют друг друга, рис. 27,а).Тогда эффективное сечение взаимодействия нейтрона с ядром определяется какσ = dN/(Nnδ) (4.1)

гдеdN - число взаимодейст­вий;n - концентрация ядер в мишени; δ -толщина мише­ни. Из выражения (4.1) следу­ет, что относительная доля dN/Nпровзаимодей-ствовавших нейтронов равна отно­сительной доли площади мишени dS=σnδ, занятой всемиядрами, если приписать σ наглядный физический смысл площади поперечного сечения ядра.

В случае толстой мишени плотность потока изменяется с глубинойx, и для оценки числа нейтронов, прошедших через мишень, очевидно, надо составить дифференциальное уравнение для некоторого тонкого слоя мишени dx на глубине х:

dN= - N(x)nσdx (4.2)

Здесь N(x) - число нейтронов, дошедших до слоя мишени на глубине х; dx - толщина слоя (рис. 27, б). Решение уравнения (4.2) получается в виде:

N(x) = N0exp( - nσх)где N0 - первичный поток нейтронов. (4.3)

Таким образом, для определения сечения взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами достаточно измерить в специальном опыте ослабление интенсивности пучка нейтронов N(σ)/N0 при прохождении его через мишень толщиной δ:

σ=-ln[N(δ)/N0]/(Nδ) (4.4)

Чтобы получить радиус ядра, надо выразить σ через R.

На первый взгляд кажется, что эффективное сечение σ, имеющее физический смысл площади сечения ядра, должно быть равно πR2. Это было бы действительно так, если бы взаимодействие быстрых (Tn=10 МэВ) нейтронов с ядрами ограничивалось рассмотренным выше неупругим рассеянием. Однако в действительности для быстрых нейтронов существует еще один процесс взаимодействия - упругое дифракционное рассеяние дебройлевской нейтронной волны на ядрах (подроб-нее см. § 44). Эффективное сечение этого процесса также равно πR2. Таким образом, суммарное эффективное сечение взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами: σ=2πR2 (4.5)Поэтому из опытов по ослаблению пучка нейтронов можно получить сведения о радиусе атомных ядер мишени.

Были проведены опыты с нейтронами, имеющими энергию 14 и 25 МэВ. Они дали для радиуса ядер значениеR=r0A1/3,где r0=1,4 10-13 см.Аналогичный результат получен в опытах по изучению рассеяния нейтронов с энергией 90 МэВ (r0=1,37 10-13 см). Несколько меньшее значение (r0=1,28 10-13 см) найдено в опытах по изучению поглощения ядрами очень быстрых нейтронов (Тn=1,4 ГэВ).

Таким образом, методы определения радиусов атомных ядер, основанные на изучении их взаимодействия с нейтронами, приводят к следующему результату:

R=r0A1/3, где r0=(1,3÷1,4) 10-13 см.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.