§ 220. Свойства нейтронов

Испускание нейтронов было обнаружено впервые (в 1932г.) при облучении бериллия -частицами. Происходящая при этом ядерная реакция состоит в захвате -частицы ядром бериллия, в результате чего образуется ядро углерода и испускается нейтрон. Уравнение реакции записывается так:

.                                     (220.1)

Здесь символ  означает нейтрон. В дальнейшем было открыто много других ядерных реакций, в которых также выделяются нейтроны. Однако реакция -частиц с бериллием по-прежнему применяется для получения нейтронов. До сего времени в качестве компактных источников нейтронов пользуются ампулами, заполненными смесью -радиоактивного вещества с порошком бериллия.

Поместим такой источник нейтронов возле работающей камеры Вильсона, внутри которой укреплена пленка вещества, содержащего водород (например, парафина ). На фотографии в камере мы увидим следы, исходящие из пленки и представляющие собой следы протонов, как об этом можно судить по характеру ионизации (см. схематический рис. 394). Все следы идут от пленки вперед, если смотреть из источника. Эти следы созданы протонами, выбитыми из пленки в результате ударов быстрых нейтронов, летящих из источника. Следов самих нейтронов, пересекших камеру, на снимках нет. Нейтроны, следовательно, не производят заметной ионизации, т.е. в отличие от заряженных частиц практически не взаимодействуют с электронами. При прохождении через вещество нейтроны взаимодействуют только с атомными ядрами, но так как размеры ядер очень малы, то нейтроны сталкиваются с ними очень редко (см. упражнение 40 в конце главы). Этим объясняется способность нейтронов свободно проходить сквозь толстые (измеряемые сантиметрами) слои вещества (например, стенки источника и камеры в опыте, изображенном на рис. 395). Как видно из рис. 395, наибольшую длину следа (а значит, наибольшую энергию) имеют протоны, выбитые в направлении движения нейтронов, а не под заметным углом к нему. Эту особенность нетрудно понять, рассматривая столкновения нейтрона с протоном как удар упругих шаров равной массы. Ударяемый шар летит точно вперед только при лобовом ударе (рис. 396). Но в этом случае ударяющий шар останавливается, т. е. передает ударяемому шару всю свою энергию. Движению протона под углом к направлению начальной скорости нейтрона соответствует боковой удар (рис. 397). При боковом ударе ударяющий шар не останавливается, но изменяет направление движения, передавая второму шару лишь часть своей энергии.

Рисунок 395. Схема камеры Вильсона, облучаем ой нейтронами: 1- источник нейтронов (ампула, содержащая смесь -радиоактивного вещества с беррилием), 2 – парафиновая пленка. Нейтроны выбивают из парафиновой пленки быстрые протоны, дающие в камере следы

При столкновении не равных по массе шаров передача энергии не столь велика, как при столкновении шаров равной массы, и тем меньше, чем больше различие в массах шаров. В самом деле, при ударе о тяжелый шар легкий шар отскакивает назад, сохраняя почти всю свою энергию. Тяжелому шару передается поэтому малая доля энергии легкого шара (см. упражнение 41 в конце главы).

Аналогия с ударом шаров приводит к следующему выводу. При соударениях с ядрами нейтроны теряют энергию, т.е. замедляются. Замедляющее действие соударений тем больше, чем легче ядро, т.е. чем ближе масса ядра к массе нейтрона. Особенно сильное замедление происходит при соударениях нейтронов с равными им по массе протонами.

Рис. 396. Лобовой удар упругих шаров равной массы: а) до удара; б) после удара. Ударяющий шар останавливается, передавая свою скорость ударяемому

Рис. 397. Боковой удар упругих шаров равной массы: а) до удара; б) удар; в) после удара. Ударяемый шар летит под углом к начальному направлению движения ударяющего шара и воспринимает лишь часть энергии последнего