Ядерное сечение

Ядерное вероятности сечение ядра используется для описания 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 (обозначается σ ) является барн , равный 10 ⁻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 сечения поглощения особый интерес представляют .

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. ⁻¹⁵ м. Предполагая сферическую форму, мы ожидаем, что сечения ядерных реакций будут порядка ⁠ $\pi r^{2}$ ⁠ или 10 ⁻²⁸ м ² (т.е. 1 сарай). Наблюдаемые сечения сильно различаются: например, медленные нейтроны , поглощаемые (n, $\gamma$ ) реакции в некоторых случаях показывают сечение, намного превышающее 1000 барнов (бор-10, кадмий-113 и ксенон-135 ), тогда как сечения трансмутации путем поглощения гамма-лучей находятся в районе 0,001 барн.

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

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

где:

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

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

Формально приведенное выше уравнение определяет макроскопическое сечение (для реакции x) как константу пропорциональности между потоком частиц, падающих 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.

См. также

Ссылки

^ Юнес, Валид; Лавленд, Уолтер (2021). Введение в ядерное деление . Спрингер. стр. 10, 25–26, 56–58. ISBN 9783030845940 .
^ Роудс, 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 . 42 (1–2). Нилор, Исламабад: PINSTECH: 115–185.

[ww-1] Юнес, Валид; Лавленд, Уолтер (2021). Введение в ядерное деление . Спрингер. стр. 10, 25–26, 56–58. ISBN 9783030845940 .

[rr-2] Роудс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Саймон и Шустер в мягкой обложке. стр. 333–334, 282–287. ISBN 9781451677614 .

[ 1 ]

[ 2 ]