ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ядерное синтезирование радиоэлементов из "Современное состояние радиохимии" Вероятность возбудить ядерную реакцию выражается с помощью эффективного сечения реакции а, т. е. бомбардируемому ядру приписывается эффективная площадь мишени, в которую надо попасть, чтобы реакция произошла. Поэтому, если слой толщины (11 вещества, содержащего N ядер в 1 см , облучается пучком. [c.34] Число прореагировавших в 1 сек. ядер дается разностью между N0 и N1, т. е. равно N0 — Если (Л о- г)/Л о-С 1, то это выражение сводится к N 001. [c.35] Полное эффективное сечение можно разложить на составляющие, обусловленные одновременно происходящими в веществе отдельными (конкурирующими) реакциями, включая и рассеяние. В смешанных элементах эффективное сечение складывается из сечений отдельных изотопов. [c.35] В ядерных процессах эффективные сечения часто имеют порядок 10 см на 1 ядро такая единица получила название барн . Экспериментальные значения полных эффективных сечений получаются путем измерения поглощения пучка в веществе. С другой стороны, эффективные сечения индивидуальных реакций часто, определяются путем испытания активности, вызываемой в образце пучком известной интенсивности. С помощью такого метода активации можно отличить не только различные реакции с одним и тем же ядром, но и степень участия различных сортов ядер или различных изотопов. Методы измерения эффективных сечений для медленных нейтронов будут освещены в п. 9. [c.35] Частицы сверхвысокой энергии способны расщеплять все ядра многочисленными способами [12, 117, 118, 108]. [c.37] Открытый Жолио и Кюри в 1934 г., этот распад явился первым примером искусственной радиоактивности [80]. В реакции (3) не испускается частицы, которую можно было бы обнаружить, а происходит только испускание рентгеновского кванта при замещении поглощенного орбитального электрона, поэтому почти всю энергию распада уносит нейтрино (см. [109]). Только если /С-за-хват приводит сначала к возбужденному результирующему ядру, в дальнейшем испускается также и у-квант. Состояние химической связи атома должно слегка влиять на выход / С-захвата [14, 87]. [c.38] Много сведений относительно испускания,у-лучей приведено в обзоре Физера [44]. Изредка (когда возбужденный уровень лежит низко, в большинстве случаев ниже 100 кеУ, и связанное с испусканием отдельного укванта изменение спина велико [137]) испускание у-кванта возбужденным ядром, которое из энергетических соображений не в состоянии распасться другим способом, может оказаться столь маловероятным, что это ядро будет обладать макроскопическим временем жизни но это значит, что будут способны более чем к мгновенному сосуществованию два ядра с одинаковыми массой и зарядом возбужденное и находящееся в основном состоянии. Такие два ядра являются одновременно изотопами и изобарами их называют изомерами [128, 18, 120] однако в противоположность общему случаю химической изомерии ядерным изомерам можно приписать только различные содержания энергии, но не различные структуры. Ядерная изомерия была впервые обнаружена в 1921 г. Ханом [61] на примере пары ОХа— и2. Среди искусственных радиоэлементов ядерная изомерия была впервые открыта В. Курчатовым, И. Курчатовым, Мысовским и Русиновым [82] в 1935 г. для ядра Вг . Изомерные ядра могут быть нестабильными относительно 8-распада, как это имело место в обоих упомянутых случаях, но это не обязательно. Если (стабильные или долгоживущие) ядра в основном состоянии доступны в достаточном количестве, то их можно перевести в возбужденное состояние, т. е. осуществить обращение спонтанного изомерного перехода , с помощью облучения рентгеновскими лучами. [c.38] В то время как р-распад является механизмом для освобождения ядра от ненормального протон-нейтронного отношения, а-распад служит для ослабления внутриядерного кулоновского отталкивания путем уменьшения ядерного заряда 2. Несмотря на то, что стабильность ядра относительно а-распада не определяется только полным зарядом ядра, но зависит также йот его индивидуального состава (протон-нейтронное отношение), такому распаду подвержены почти исключительно ядра с большим Z. В противоположность Р-распаду, сравнительно большое время жизни при а-распаде обусловлено не малой вероятностью самого преобразования частиц внутри ядра, но тем, что сильно заряженной частице трудно преодолеть потенциальный барьер. [c.39] НЫХ реакциях, а во втором—в химических. Можно надеяться, что такую аналогию между медленными нейтронами и, скажем, медленными протонами (ионами водорода) можно провести довольно далеко. Во всяком случае радиохимики, повидимому, должны быть многим обязаны своему испытанному мастерству трактовать медленные нейтроны отчасти с химической точки зрения , на которой они воспитаны. [c.41] В большинстве перечисленных источников эффективно действуют а-частицы различных энергий кроме того, во всех случаях некоторые частицы взаимодействуют с веществом мишени, только потеряв некоторую долю энергии при прохождении через нее. Поэтому никакие а-источники с толстой мишенью не могут дать монохроматических нейтронов. Экспериментально установлено, что верхний предел энергии нейтронов как от источников Ra-a— Ве, так йот Rn-v—Ве достигает 2 xMeV, а от источников Ро-а—Ве lOMeV [17, 113], но что большая часть нейтронов в первых случаях обладает энергиями 4—5 MeV, а в последнем случае — 2—3 MeV. Сильнейшие встречающиеся в практике радиохимии а-источники включают до 1200 тс радиоэлемента количества испускаемых на 1 тс нейтронов будут приведены в п. И. [c.42] В табл. 4 приведено несколько реакций, в которых бомбардирующими частицами являются дейтроны. [c.43] В практических случаях из энергии реакции (табл. 4) и кинетической энергии бомбардирующей частицы. Если мишень тонкая, то действующая кинетическая энергия совпадает с энергией, полученной во время ускорения. В силу закона сохранения импульса только часть этой кинетической энергии может перейти во внутреннюю энергию (энергию возбуждения) образующегося на первой стадии процесса составного ядра остаток идет на кинетическую энергию движения составного ядра как целого. На второй стадии процесса движущееся составное ядро распадается, причем его энергия возбуждения распределяется между нейтроном и ядром отдачи так, чтобы снова сохранялся бы импульс. Ясно, что те нейтроны, которые будут испущены вперед, должны получить (в лабораторной системе координат) больше энергии, чем другие. Если, кроме нейтрона, образуется свыше одного конечного ядра (как в реакции gLi —D) или если конечное ядро может остаться в возбужденном состоянии (как в реакции iBe —D), то энергия нейтронов будет неопределенной даже с тонкой мишенью и при фиксированном направлении вылета. [c.44] Рассмотрим в качестве примера случай, когда используются дейтроны с энергией 1 MeV. Тогда, в зависимости от направления вылета, реакция D—D даст нейтроны с энергией около 2—4 MeV, а (эндотермическая) реакция —D—около 0,5—0,7 MeV. Реакция —D добавит немного быстрых нейтронов к С—D-спектру, но, к счастью, доля в естественном углероде не слишком велика. Как энергии, так и выходы нейтронов в реакциях Ве—D и Li —D (табл. 5) больше, чем в реакциях D—D и —D однако при этом получаются сложные нейтронные спектры. С помощью бомбардировки частицами сверхвысокой энергии получены нейтроны с энергиями вплоть доlO eV [68]. [c.44] Если облучать бериллий интенсивным пучком у-лучей от высоковольтной рентгеновской трубки [24] или бетатрона, то наблюдается большой выход нейтронов в результате ядерного фотоэффекта. Искусственный у-источник можно, как и естественный, окружить большими количествами бериллия однако в этом случае первичцое излучение немонохроматично, и нейтронный спектр будет сложным. [c.45] Удобным источником монохроматических нейтронов является вызываемая протонами эндотермическая реакция дЫ (р, п)4Ве (см. [143, 125]). Энергию нейтронов можно регулировать изменением избытка энергии протонов над порогом 1,88 MeV [69]. Таким путем были получены нейтроны с энергиями от 0,005 до 2 MeV [36J. Другим источником монохроматических нейтронов является реакция iT3(p,n)2He с порогом 0,99 MeV [132]. [c.45] И ДЛЯ замедления нейтрона от 10 еУ до 1 еУ необходимо около 14 соударений. Когда остающаяся энергия падает до величины, соответствующей колебательному кванту связи О—Н (в воде) или связи С—Н (в парафине), средняя потеря энергии на 1 соударение уменьшается, так как водородные а омы не могут принимать энергию, меньшую одного кванта. [c.46] НОГО ядра практически равна энергии связи нейтрона и недостаточна для каких-либо реакций, кроме радиационного захвата или рассеяния. Энергетические уровни ( резонансные уровни ), которые были впервые наблюдены Муном и Тилменом [99] и объяснены Бором [19] и Брейтом и Вигнером [25], могут быть расположены в тепловой области или выше их положение для определенного ядра не может быть предсказано теоретически, однако находит объяснение то обстоятельство, что расстояние между резонансными уровнями уменьшается по мере увеличения сложности ядра и для тяжелых ядер составляет около 20 еУ. Самые легкие ядра, включая ядра, используемые в качестве замедлителей, вообще не проявляют резонансного захвата. [c.47] Полоса поглощения одного из изотопов кадмия оказалась случайно расположенной в области от нуля до примерно 0,30 еУ это дает возможность грубо различить друг от друга эффекты, вызванные тепловыми и более быстрыми нейтронами, измеряя один и тот же эффект при наличии и в отсутствие защиты образца листом кадмия, т. е. путем измерения кадмиевой разности . Примеры полос резонансного поглощения при несколько больших энергиях дают при 1,44 еУ [64, 93] и при 20,6 еУ [81]. Термин надтепловые нейтроны применяется для обозначения всех медленных нейтронов, за исключением тепловых. [c.47] В тяжелой воде и в углероде (графите) достигается лучшее приближение к тепловому равновесию [47]. Малость эффективного сечения захвата этих материалов и, следовательно, большое время жизни тепловых нейтронов более чем компенсируют их меньшую эффективность в качестве замедлителей. Однако и в случае углерода спектр испускаемых нейтронов отличается от внутреннего спектра, хотя и по другой причине, чем в случае водорода диффракционный эффект в графитовой решетке приводит к преимущественному испусканию холодных нейтронов. В одном случае удалось наблюдать эффективную температуру испускаемых нейтронов всего лишь в 18° К- С точки зрения радиохимии углерод является полезным замедлителем только в соединении с котлом, так как в других случаях нейтронная плотность слишком быстро падает из-за большой диффузионной длины. [c.48] ДЛЯ ЭТОГО поглощать сильнее воды, можно растворить в воде и сравнить затем в каком-либо определенном месте уменьшение плотности тепловых нейтронов, вызванное присутствием растворенного поглотителя, с соответствующим уменьшением, вызванным введением в раствор стандартного поглотителя (обычно бора) [86]. Вместо использования растворенных образца и стандарта, можно сравнивать уменьшение нейтронной плотности, вызванное соседством с кусками поглотителя [34]. Позже стали пользоваться методом сравнения действия образца и стандартного поглотителя на коэффициент размножения в котле ( отравление котла ) [10, 85]. Кроме этих методов ослабления пучка в широком смысле, можно использовать другие методы—активации (см. п. 1), если только каждый захват приводит к р-активному ядру. Активация образца определенной плотностью нейтронов сравнивается при этом с активацией стандартного поглотителя, например марганца. [c.50] Вернуться к основной статье