Ядерное сечение

Концепция физики элементарных частиц

Ядерное сечение ядра используется для описания вероятности возникновения ядерной реакции. ^{[1] [2]} Понятие ядерного сечения можно выразить физически количественно с точки зрения «характеристической площади», где большая площадь означает большую вероятность взаимодействия. Стандартной единицей измерения ядерного сечения (обозначаемой σ ) является амбар , который равен10 ⁻²⁸  м ² ,10-24  см ² или ^_100 фм ² . Сечения можно измерять для всех возможных процессов взаимодействия вместе, и в этом случае их называют полными сечениями, или для конкретных процессов, различая упругое рассеяние и неупругое рассеяние ; из последних среди нейтронных сечений особый интерес представляют сечения поглощения .

В ядерной физике принято рассматривать налетающие частицы как точечные частицы пренебрежимо малого диаметра. Сечения могут быть вычислены для любого ядерного процесса, такого как захватное рассеяние, производство нейтронов или ядерный синтез . Во многих случаях количество частиц, испускаемых или рассеиваемых в ядерных процессах, не измеряется напрямую; просто измеряют затухание, возникающее в параллельном пучке падающих частиц при вставке известной толщины конкретного материала. Полученное таким образом сечение называется полным сечением и обычно обозначается σ или _σT .

Типичные ядерные радиусы порядка 10–14 ^м . Предполагая сферическую форму, мы поэтому ожидаем, что сечения ядерных реакций будут порядка или ${\displaystyle \pi r^{2}}$10 ⁻²⁸  м ² (т.е. 1 сарай). Наблюдаемые сечения сильно различаются: например, медленные нейтроны , поглощенные реакцией (n, ), в некоторых случаях имеют сечение, намного превышающее 1000 барнов (бор-10, кадмий-113 и ксенон-135 ), тогда как сечения для трансмутаций при поглощении гамма-лучей находятся в районе 0,001 барн. ${\displaystyle \gamma }$

Микроскопический и макроскопический разрез

Ядерные сечения используются при определении скорости ядерной реакции и определяются уравнением скорости реакции для определенного набора частиц (обычно рассматриваемым как мысленный эксперимент «пучок и мишень», где одна частица или ядро ​​​​является «мишенью», которая обычно находится в покое, а другой рассматривается как «луч», представляющий собой снаряд с заданной энергией).

Для нейтронных взаимодействий, падающих на тонкий лист материала (в идеале состоящий из одного изотопа ), уравнение скорости ядерной реакции записывается как:

${\displaystyle r_{x}=\Phi \ \sigma _{x}\ \rho _{A}=\Phi \Sigma _{x}}$

где:

• ${\displaystyle r_{x}}$ : количество реакций типа x, ед.: [1/время⋅объем]
• ${\displaystyle \Phi }$ : поток луча, единицы: [1/площадь⋅время]
• ${\displaystyle \sigma _{x}}$ : микроскопическое сечение реакции , единицы: [площадь] (обычно барны или см ² ). ${\displaystyle x}$
• ${\displaystyle \rho _{A}}$ : плотность атомов в мишени в единицах [1/объем]
• ${\displaystyle \Sigma _{x}\equiv \sigma _{x}\ \rho _{A}}$: макроскопическое сечение [1/длина]

Часто встречающиеся типы реакций: s : рассеяние, : радиационный захват, a : поглощение (к этому типу принадлежит радиационный захват), f : деление, соответствующие обозначения для сечений: , , , и т. д. Особым случаем является полное поперечное сечение , которое дает вероятность того, что нейтрон вступит в какую-либо реакцию ( ). ${\displaystyle \gamma }$ ${\displaystyle \sigma _{s}}$ ${\displaystyle \sigma _{\gamma }}$ ${\displaystyle \sigma _{a}}$ ${\displaystyle \sigma _{t}}$ ${\displaystyle \sigma _{t}=\sigma _{s}+\sigma _{\gamma }+\sigma _{f}+\ldots }$

Формально приведенное выше уравнение определяет макроскопическое нейтронное сечение (для реакции x) как константу пропорциональности между потоком нейтронов, падающим на (тонкий) кусок материала, и количеством реакций, которые происходят (на единицу объема) в этом материале. Различие между макроскопическим и микроскопическим поперечным сечением состоит в том, что первое является свойством конкретного куска материала (с его плотностью), а второе — внутренним свойством определенного типа ядер.

Смотрите также

• Нейтронное сечение
• Сечение рассеяния

Рекомендации

1. Юнес, Валид; Лавленд, Уолтер (2021). Введение в ядерное деление . Спрингер. стр. 10, 25–26, 56–58. ISBN 9783030845940.
2. Родос, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Саймон и Шустер в мягкой обложке. стр. 333–334, 282–287. ISBN 9781451677614.

• Анализ ядерного реактора Джеймсом Дж. Дудерштадтом и Луи Дж. Гамильтоном - опубликовано John Wiley & Sons, Inc.
• Перкинс, Дональд Х. (1999). Введение в физику высоких энергий . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-62196-0.
• Мубаракманд, Самар ; Масуд Ахмад ; М. Анвар; М. С. Чаудри (1977). «Измерения сечения с помощью нейтронного генератора». Ядро . Нилор, Исламабад: PINSTECH. 42 (1–2): 115–185.