Neytron nurlanishi

Neytron fizikasi - fizikaning neytronlar xossalari (massasi, radioaktiv yemirilishi, magnit xossalari va h. k.) va ular bilan bogʻliq boʻlgan turli jarayonlarni oʻrganadigan boʻlimi. Neytron fizikasi neytron kashf qilingandan soʻng (1932) uning xossalarini oʻrganish asosida vujudga keldi va rivojlandi. Sovuq va issiq neytronlar bilan oʻtkazilgan tajribalarda ularning toʻlqin xususiyatlari namoyon boʻlib, koʻpgina optik hodi-salar kashf qilindi. Bunday neytronlar xossalari optika usullari va asboblari yordamida oʻrganiladi. Issiq neytronning moddada yutilishi katta boʻlganidan ularning har xil modsalar bilan oʻzaro taʼsiri natijasida elastik sochilish hodisasi va radiatsion tutuv (p, u) kabi ekzotermik reaksiyalar ke-tishi mumkin. Neytronlar taʼsirida yad-rolarning, ayniqsa, ogʻir yadrolarning boʻlinishi va boʻlinishning zanjirli reaksiyasi kabi muhim yadro reaksiyalari vujudga keladi. Bunday reaksiyalarning ketishi ham neytronlar energiyasiga bogʻliq. Ana shunday boglanishlar harakterini va ulardan foydalanish yoʻllarini (Mas, yadro texnikasida) Neytron fizikasi oʻrganadi va aniklaydi.

Yuqori energiyali neytronlarning modda atomlari bilan oʻzaro taʼsiri yadro reaksiyalariga olib keladi. Bu jarayonlar murakkab boʻlib, ularni oʻrganishda maxsus asbob va usullar zarur. Oʻta yuqori energiyali (relyativistik) neytronlar kosmik nurlar tarkibiga ki-radigan zarralardan hisoblanadi. Bunday neitronlarni (ularning oqimini) aniklash, oʻrganish va katta energiyali boshqa zarralarga taqqoslashga, ney-tronlarning yangidan-yangi harakteri-stikalari (kvant sonlari, oʻlchash usullari, tuzilishi va boshqalar)ni bilishga im-kon beradi. Bu ishlar ham Neytron fizikasida qaraladigan muhim masalalardan biridir.

Tadqiqot ishlarini bajarishda neytron manbalari bilan bir qatorda oʻlchash usullari, qurilma va asboblari (spektrometrlar, indikatorlar, filtrlar, monoxromatorlar va boshqalar)ni ishlab chiqish bilan bogʻliq boʻlgan turli masalalarni hal etish ham Neytron fizikasidagi asosiy masalalar hisoblanadi. 

Neytron nurlanishi erkin neytronlar sifatida namoyon bo'ladigan ionlashtiruvchi nurlanishning bir shaklidir. Odatiy hodisalar yadro bo'linishi yoki yadro sintezi bo'lib, erkin neytronlarning ajralib chiqishiga olib keladi, keyinchalik ular yangi nuklidlarni hosil qilish uchun boshqa atomlarning yadrolari bilan reaksiyaga kirishadi, bu esa o'z navbatida neytron nurlanishini qo'zg'atishi mumkin. Erkin neytronlar beqaror bo'lib, protonga, elektronga va elektron antineytrinoga aylanadi . Erkin neytronlarning o'rtacha ishlash muddati 887 soniya (14 daqiqa, 47 soniya). 

Neytron nurlanishi alfa, beta va gamma nurlanishidan farq qiladi.

Manbalar 
Neytronlar yadroviy termoyadroviy yoki yadroviy bo'linishdan yoki radioaktiv parchalanish yoki zarrachalarning kosmik nurlar bilan o'zaro ta'siri yoki zarracha tezlatgichlari kabi boshqa yadro reaktsiyalaridan chiqarilishi mumkin. Katta neytron manbalari kamdan-kam uchraydi va odatda yadro reaktorlari yoki zarracha tezlatgichlari kabi katta o'lchamli qurilmalar, jumladan Spallation neytron manbai bilan cheklangan.

Neytron nurlanishi Beriliy yadrosi bilan to'qnashgan alfa zarrachasini kuzatish natijasida aniqlangan, u Be ( a, n ) C neytronini chiqaradigan holda uglerod yadrosiga aylantirilgan. Alfa zarracha emitenti va katta ( a, n ) yadro reaktsiyasi ehtimoli bo'lgan izotopning kombinatsiyasi hali ham keng tarqalgan neytron manbai hisoblanadi.

Bo'linishdan neytron nurlanishi 
Yadro reaktorlaridagi neytronlar energiyasiga qarab, odatda , sekin (termik) neytronlar yoki tez neytronlar deb tasniflanadi. Issiqlik neytronlari energiya taqsimotida ( Maksvell-Boltzman taqsimoti ) termodinamik muvozanatdagi gazga o'xshash; lekin atom yadrolari tomonidan osonlik bilan qo'lga olinadi va elementlarning yadro o'zgarishiga duchor bo'lgan asosiy vositadir.

Samarali bo'linish zanjiri reaktsiyasiga erishish uchun bo'linish paytida hosil bo'lgan neytronlarni parchalanadigan yadrolar ushlab turishi kerak, keyinchalik ular bo'linadi va ko'proq neytronlarni chiqaradi. Ko'pgina bo'linish reaktorlari konstruktsiyalarida yadro yoqilg'isi yuqori energiyali neytronlarning pastki kesimi tufayli zanjir reaktsiyasini davom ettirish uchun etarlicha tez neytronlarni o'zlashtirish uchun etarlicha tozalanmagan, shuning uchun tez neytronlarni sekinlashtirish uchun neytron moderatorini kiritish kerak. yetarlicha so‘rilishini ta’minlash uchun termal tezliklarga. Umumiy neytron moderatorlariga grafit, oddiy (engil) suv va og'ir suv kiradi. Bir nechta reaktorlar ( tezkor neytron reaktorlari ) va barcha yadroviy qurollar tez neytronlarga tayanadi.

Kosmogen neytronlar 
Kosmogen neytronlar, Yer atmosferasida yoki yuzasida kosmik nurlanish natijasida hosil bo'lgan neytronlar va zarracha tezlatgichlarida hosil bo'lganlar reaktorlarda uchraydigan energiyadan sezilarli darajada yuqori bo'lishi mumkin. Ularning aksariyati yerga yetib borishdan oldin yadroni faollashtiradi; bir nechtasi havodagi yadrolar bilan reaksiyaga kirishadi  . Azot-14 bilan reaktsiyalar uglerod-14 ( 14 C) hosil bo'lishiga olib keladi, radiokarbonlarni aniqlashda keng qo'llaniladi.

Foydalanadi 
Sovuq, termal va issiq neytron nurlanishi kristallografiya, kondensatsiyalangan moddalar fizikasi, biologiya, qattiq jismlar kimyosi, materialshunoslik, geologiya, mineralogiya va tegishli fanlarda materiallarning xossalari va tuzilishini baholash uchun tarqalish va diffraktsiya tajribalarida keng qo'llaniladi. Neytron nurlanishi, shuningdek, hujayra tuzilishiga yuqori darajada kirib boradigan va zarar etkazuvchi tabiati tufayli saraton o'smalarini davolash uchun Bor neytronini ushlab turish terapiyasida ham qo'llaniladi. Neytronlar plyonkadan foydalanganda neytron rentgenografiyasi deb ataladigan sanoat qismlarini tasvirlash uchun ham ishlatilishi mumkin, raqamli tasvirni olishda neytron radioskopiyasi, masalan, tasvir plitalari orqali va uch o'lchamli tasvirlar uchun neytron tomografiyasi . Neytron tasviri odatda yadro sanoatida, kosmik va aerokosmik sanoatda, shuningdek, yuqori ishonchlilikdagi portlovchi moddalar sanoatida qo'llaniladi.

Ionlanish mexanizmlari va xossalari 
Neytron nurlanishi ko'pincha bilvosita ionlashtiruvchi nurlanish deb ataladi. Proton va elektron kabi zaryadlangan zarralar (elektronni qo'zg'atuvchi) kabi atomlarni ionlashtirmaydi, chunki neytronlarda zaryad yo'q. Biroq, neytronlarning o'zaro ta'siri asosan ionlashtiruvchidir, masalan, neytronlarning yutilishi gamma emissiyasiga olib kelganda va gamma nurlari (foton) keyinchalik atomdan elektronni olib tashlaganda yoki neytron ta'siridan qaytgan yadro ionlangan bo'lsa va boshqalarida an'anaviy keyingi ionlanishni keltirib chiqaradi. atomlar. Neytronlar zaryadsiz bo'lganligi sababli, ular alfa nurlanishi yoki beta nurlanishidan ko'ra ko'proq kirib boradi. Ba'zi hollarda ular yuqori atom raqami bo'lgan materiallarga to'sqinlik qiladigan gamma nurlanishiga qaraganda ko'proq kirib boradi. Vodorod kabi past atom raqamiga ega materiallarda past energiyali gamma nurlari yuqori energiyali neytronga qaraganda ko'proq kirib borishi mumkin.

Salomatlik uchun xavf va himoya 
Salomatlik fizikasida neytron nurlanishi radiatsiyaviy xavfning bir turi hisoblanadi. Neytron nurlanishining yana bir jiddiy xavfi bu neytronlarning faollashishi, neytron nurlanishining ko'pgina moddalarda, shu jumladan tana to'qimalarida radioaktivlikni keltirib chiqarish qobiliyati.  Bu atom yadrolari tomonidan neytronlarni ushlab turish orqali sodir bo'ladi, ular boshqa nuklidga, ko'pincha radionuklidga aylanadi. Bu jarayon yadroviy qurolning portlashi natijasida chiqarilgan radioaktiv moddalarning katta qismini tashkil qiladi. Bu, shuningdek, yadroviy parchalanish va yadroviy termoyadroviy qurilmalarda muammodir, chunki u asta-sekin uskunani radioaktiv holga keltiradi, shuning uchun oxir-oqibat uni almashtirish va past darajadagi radioaktiv chiqindilar sifatida yo'q qilish kerak.

Neytron nurlanishidan himoya qilish radiatsiya himoyasiga tayanadi. Neytronlarning kinetik energiyasi yuqori bo'lganligi sababli, bu nurlanish tashqi nurlanish manbalari ta'sirida butun tanaga eng og'ir va xavfli nurlanish hisoblanadi. Fotonlar yoki zaryadlangan zarrachalarga asoslangan an'anaviy ionlashtiruvchi nurlanish bilan solishtirganda, neytronlar engil yadrolar tomonidan qayta-qayta chayqaladi va sekinlashadi (so'riladi), shuning uchun vodorodga boy material temir yadrolarga qaraganda samaraliroq himoya qiladi. Yengil atomlar neytronlarni elastik sochilish orqali sekinlashtirishga xizmat qiladi, shuning uchun ular yadroviy reaktsiyalar tomonidan so'riladi. Biroq, bunday reaktsiyalarda ko'pincha gamma-nurlanish hosil bo'ladi, shuning uchun uni o'zlashtirish uchun qo'shimcha himoya qilish kerak. Yadrolari bo'linish yoki neytron tutilishi natijasida yadrolarning radioaktiv parchalanishiga olib keladigan va gamma nurlarini keltirib chiqaradigan materiallardan foydalanishdan ehtiyot bo'lish kerak.

Neytronlar ko'pgina materiallardan osongina o'tadi va shuning uchun ma'lum miqdordagi nurlanishdan so'rilgan doz ( kulrang rangda o'lchanadi) past bo'ladi, lekin biologik zararga olib keladigan darajada o'zaro ta'sir qiladi. Eng samarali himoya qiluvchi materiallar suv yoki polietilen yoki kerosin mumi kabi uglevodorodlardir . Suvga cho'zilgan polyester (WEP) vodorodning yuqori miqdori va yong'inga chidamliligi tufayli qattiq muhitda himoya devori sifatida samarali bo'lib, uni yadro, sog'liqni saqlash fizikasi va mudofaa sanoatida qo'llash imkonini beradi.  Vodorodga asoslangan materiallar himoya qilish uchun javob beradi, chunki ular radiatsiyaga qarshi to'g'ri to'siqdir. 

Beton (juda ko'p miqdordagi suv molekulalari tsement bilan kimyoviy bog'langan) va shag'al gamma nurlari va neytronlarning birgalikda himoyalanganligi tufayli arzon eritmani ta'minlaydi. Bor, shuningdek, neytronlarni mukammal yutuvchidir (shuningdek, neytronlarning tarqalishini ham boshdan kechiradi). Bor uglerod yoki geliyga parchalanadi va bor karbid bilan deyarli hech qanday gamma-nurlanish hosil qilmaydi, bu qalqon bo'lib, beton juda qimmat bo'lishi mumkin. Savdoda suv yoki mazut, beton, shag'al va B 4 C tanklari ko'p miqdorda neytron oqimi bo'lgan hududlarni, masalan, yadroviy reaktorlarni o'rab turgan umumiy qalqonlardir. Bor bilan singdirilgan silika oynasi, standart borosilikat oynasi, yuqori borli po'lat, kerosin va pleksiglasdan foydalanish joylari mavjud.

Vodorod yadrosiga ( proton yoki deytron ) urilgan neytronlar o'sha yadroga energiya bergani uchun ular o'z navbatida kimyoviy bog'lanishlarini buzadi va to'xtamasdan oldin qisqa masofani bosib o'tadi. Bunday vodorod yadrolari yuqori chiziqli energiya uzatish zarralari bo'lib, o'z navbatida ular orqali o'tadigan materialning ionlanishi bilan to'xtatiladi. Shunday qilib, tirik to'qimalarda neytronlar nisbatan yuqori nisbiy biologik samaradorlikka ega va ekvivalent energiya ta'sirining gamma yoki beta nurlanishi bilan solishtirganda biologik zarar etkazishda taxminan o'n barobar samaraliroqdir. Bu neytronlar hujayralarning funksionalligini o'zgartirishi yoki ko'payishni butunlay to'xtatishi mumkin, bu esa vaqt o'tishi bilan tanaga zarar etkazishi mumkin.  Neytronlar, ayniqsa, ko'zning shox pardasi kabi yumshoq to'qimalarga zarar etkazadi.

Materiallarga ta'sir qilish 
Yuqori energiyali neytronlar vaqt o'tishi bilan materiallarga zarar etkazadi va buzadi; Materiallarni neytronlar bilan bombardimon qilish to'qnashuv kaskadlarini yaratadi, ular materialda nuqta nuqsonlari va dislokatsiyalarni keltirib chiqaradi, ularning yaratilishi radiatsiya ta'siriga uchragan materiallarda vaqt o'tishi bilan sodir bo'ladigan mikrostruktura o'zgarishlarining asosiy omili hisoblanadi. Yuqori neytron oqimlarida bu metallar va boshqa materiallarning mo'rtlashishiga va ularning ba'zilarida neytron ta'sirida shish paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin. Bu yadroviy reaktor kemalari uchun muammo tug'diradi va ularning ishlash muddatini sezilarli darajada cheklaydi (bu kemaning boshqariladigan tavlanishi, o'rnatilgan dislokatsiyalar sonini kamaytirish orqali biroz uzaytirilishi mumkin). Grafit neytron moderator bloklari Wigner effekti deb nomlanuvchi ushbu ta'sirga ayniqsa sezgir va vaqti-vaqti bilan tavlanishi kerak. Windscale yong'inga bunday tavlanish operatsiyasi vaqtidagi baxtsiz hodisa sabab bo'lgan.

Materiallarning radiatsiyaviy shikastlanishi energetik zarrachaning (neytron yoki boshqa) materialdagi panjara atomi bilan o'zaro ta'siri natijasida yuzaga keladi. To'qnashuv kinetik energiyaning katak atomiga katta o'tkazilishiga olib keladi, u o'zining panjara joyidan siqib chiqarilib, asosiy zarba atomi (PKA) deb nomlanadi. PKA boshqa panjara atomlari bilan o'ralganligi sababli, uning siljishi va panjara orqali o'tishi ko'plab keyingi to'qnashuvlarga va qo'shimcha zarba beruvchi atomlarning yaratilishiga olib keladi, bu esa to'qnashuv kaskadi yoki siljish kaskadi deb ataladi. To'qnashuv atomlari har bir to'qnashuvda energiyani yo'qotadi va interstitsial sifatida tugaydi va panjarada bir qator Frenkel nuqsonlarini hosil qiladi. Issiqlik, shuningdek, to'qnashuv natijasida (elektron energiya yo'qolishidan) hosil bo'ladi, ehtimol o'zgargan atomlar . Zararning kattaligi shundan iboratki, bitta 1 MeV neytron temir panjarada PKA hosil qiladi, taxminan 1100 Frenkel juftini hosil qiladi.  Butun kaskad hodisasi 1 × 10 -13 soniya vaqt oralig'ida sodir bo'ladi va shuning uchun hodisani faqat kompyuter simulyatsiyalarida "kuzatish" mumkin. 

To'qnashuv atomlari muvozanat bo'lmagan oraliq panjara pozitsiyalarida tugaydi, ularning ko'plari qo'shni bo'sh panjara joylariga tarqalish orqali o'zlarini yo'q qiladi va tartiblangan panjarani tiklaydi. Bo'sh ish o'rinlarini tark etmaydigan yoki qoldirishi mumkin bo'lmaganlar, bu bo'sh joy kontsentratsiyasining muvozanat konsentratsiyasidan ancha yuqori bo'lgan mahalliy o'sishiga olib keladi. Bu vakansiyalar termal diffuziya natijasida ko'chib o'tishga moyildir  boʻsh joy choʻkmalari tomon (yaʼni, don chegaralari, dislokatsiyalar ) lekin ancha vaqt davomida mavjud boʻlib, bu vaqt davomida qoʻshimcha yuqori energiyali zarralar panjarani bombardimon qilib, toʻqnashuv kaskadlarini va qoʻshimcha boʻsh oʻrinlarni hosil qilib, choʻkmalar tomon koʻchib oʻtadi. Panjaradagi nurlanishning asosiy ta'siri, nuqson shamoli deb ataladigan narsada lavabolarga nuqsonlarning sezilarli va doimiy oqimidir. Bo'sh o'rinlar bir-biri bilan qo'shilib dislokatsiya halqalarini, keyinroq esa panjara bo'shliqlarini hosil qilish orqali ham yo'q bo'lib ketishi mumkin. 

To'qnashuv kaskadi materialda ma'lum bir harorat uchun muvozanatdan ko'ra ko'proq vakansiyalar va interstitsiallarni yaratadi va buning natijasida materialdagi diffuzivlik keskin ortadi. Bu vaqt o'tishi bilan materialning mikro strukturaviy evolyutsiyasiga olib keladigan radiatsiyaviy diffuziya deb ataladigan ta'sirga olib keladi. Mikrostrukturaning evolyutsiyasiga olib keladigan mexanizmlar juda ko'p, ular harorat, oqim va oqimga qarab farq qilishi mumkin va keng qamrovli o'rganish mavzusidir. 

 Radiatsiya ta'sirida ajralish yuqorida aytib o'tilgan bo'sh o'rinlarni lavabolarga oqimidan kelib chiqadi, bu esa lavabolardan uzoqda joylashgan panjara atomlarining oqimini nazarda tutadi; lekin qotishma materialda qotishma tarkibiga bir xil nisbatda bo'lishi shart emas. Shuning uchun bu oqimlar lavabolar yaqinida qotishma elementlarning kamayishiga olib kelishi mumkin. Kaskad tomonidan kiritilgan interstitsiallar oqimi uchun ta'sir teskari bo'ladi: interstitsiallar lavabolar tomon tarqaladi, bu esa cho'milish yaqinidagi qotishma boyilishiga olib keladi. 
 Dislokatsiya halqalari, agar bo'sh o'rinlar panjara tekisligida klasterlar hosil qilsa, hosil bo'ladi. Agar bu vakansiya kontsentratsiyasi uch o'lchovda kengaysa, bo'shliq hosil bo'ladi. Ta'rifga ko'ra, bo'shliqlar vakuum ostida, ammo alfa-zarracha nurlanishi (geliy) yoki gaz transmutatsiya reaktsiyalari natijasida hosil bo'lgan taqdirda gaz bilan to'ldirilgan bo'lishi mumkin. Keyin bo'shliq qabariq deb ataladi va radiatsiya ta'siriga duchor bo'lgan qismlarning o'lchovli beqarorligiga (neytron ta'sirida shish paydo bo'lishiga) olib keladi. Shishish, ayniqsa, zanglamaydigan po'latdan yasalgan reaktor komponentlarida uzoq muddatli dizayn muammosini keltirib chiqaradi.  Kristallografik izotropiyaga ega bo'lgan qotishmalar, masalan, Zirkaloylar dislokatsiya halqalarini hosil qiladi, ammo bo'shliq hosil bo'lmaydi. Buning o'rniga, ilmoqlar ma'lum bir panjara tekisliklarida hosil bo'ladi va nurlanish ta'sirida o'sishga olib kelishi mumkin, bu shishishdan farq qiladigan hodisa, lekin bu qotishmada sezilarli o'lchamli o'zgarishlarga olib kelishi mumkin. 
 Materiallarning nurlanishi, shuningdek, materialda fazaviy o'zgarishlarni keltirib chiqarishi mumkin: qattiq eritma bo'lsa, eruvchan moddalarning boyitishi yoki cho'kishda radiatsiya ta'sirida ajratilishi materialda yangi fazalarning cho'kishiga olib kelishi mumkin. 

Ushbu mexanizmlarning mexanik ta'siriga nurlanishning qattiqlashishi, mo'rtlashuv, o'rmalash va atrof-muhit ta'sirida yorilish kiradi. Materialda nurlanish natijasida hosil bo'lgan nuqsonlar, dislokatsiya halqalari, bo'shliqlar, pufakchalar va cho'kmalar materialning mustahkamlanishi va mo'rtlashishiga ( egiluvchanlikni yo'qotish) yordam beradi.  Mo'rtlashuv reaktor bosimli idishni o'z ichiga olgan material uchun alohida tashvish tug'diradi, buning natijasida idishni sindirish uchun zarur bo'lgan energiya sezilarli darajada kamayadi. Kamchiliklarni yo'q qilish orqali egiluvchanlikni tiklash mumkin va yadroviy reaktorlarning umrini uzaytirishning ko'p qismi buni xavfsiz bajarish qobiliyatiga bog'liq. Nurlangan materiallarda o'rmalanish ham sezilarli darajada tezlashadi, garchi kuchaygan diffuzivlik natijasida emas, balki panjara kuchlanishi va rivojlanayotgan mikro tuzilma o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida. Atrof-muhit ta'sirida yorilish yoki aniqrog'i, nurlanish ta'sirida stressli korroziya krekingi (IASCC) ayniqsa neytron nurlanishiga duchor bo'lgan va suv bilan aloqa qilgan qotishmalarda kuzatiladi, bu suvning radiolizi natijasida yoriq uchlarida vodorodning singishi natijasida yuzaga keladi. yoriqni yoyish uchun zarur energiyani kamaytirish.

Shuningdek qarang 

 Neytron emissiyasi
 Neytron oqimi
 Neytron rentgenografiyasi

Manbalar 

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.111.222501

Havolalar 

 Turli atamalarning EPA ta'riflari
 Neytronli radiografik va rentgenografik tasvirlarni solishtirish 
 Neytron texnikasi tadqiqot va ishlanmalar uchun noyob vosita
 Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Abbos Jonishev tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.
Pages with unreviewed translations