Нейтронное излучение. 
Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения

Нейтроны образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах, при ядерных взрывах). Свободный нейтрон — это нестабильная, электрически нейтральная частица.

Как уже упоминалось, нейтрон был открыт с помощью ядерной реакции, происходящей при облучении бериллия а-частицами:

В настоящее время существует много способов генерации нейтронов. Их особенности будут рассмотрены в отдельной главе.

Нейтроны существенно различаются по своим энергиям. Для энергетической характеристики нейтронного излучения используют спектр нейтронов — функцию, описывающую распределение нейтронов по энергиям. Обычно спектр нейтронов подразделяют на несколько областей. Их квалифицируют по скорости движения:

• — Релятивистские нейтроны, с энергией более ю^ю эВ;
• — Быстрые нейтроны, с энергией больше ол МэВ (иногда больше 1 МэВ)
• — Медленные нейтроны, с энергией менее юо кэВ. или по «температуре»:
• — Надтепловые нейтроны, с энергией от 0.025 Д° ¹эВ;
• — Горячие нейтроны, с энергией порядка 0.2 эВ;
• — Тепловые нейтроны, с энергией примерно 0,025 эВ;
• — Холодные нейтроны, с энергией от 5*ю^-5 эВ до 0.025 эВ;
• — Очень холодные нейтроны, с энергией от 2-ю^-7 до 5-ю~5 эВ;
• — Ультрахолодные нейтроны, с энергией менее 2-ю ⁷ эВ.

Нижняя граница для спектра быстрых нейтронов выбрана потому, что нейтроны с энергией выше о, 8 МэВ способны вызвать реакцию деления изотопа ²³⁸U. Верхняя граница для части энергетического спектра тепловых нейтронов обусловлена способностью нейтронов в этом диапазоне энергий вызывать реакцию деления изотопа ²35U. Нейтроны из промежуточного диапазона энергии часто называют резонансными из-за того, что сечения реакций взаимодействия нейтронов с веществом для части химических изотопов носят резонансный характер: гладкая зависимость сечений от энергии нейтрона нарушается одним или несколькими узкими пиками-резонансами.

Взаимодействие нейтронов с атомами является слабым, что позволяет нейтронам глубоко проникать в вещество — в этом их преимущество по сравнению с другими излучениями. Из-за наличия массы нейтроны при том же импульсе (при той же длине волны) обладают значительно меньшей энергией, чем рентгеновские и у-лучи, и эта энергия оказывается сравнимой с энергией тепловых колебаний атомов и молекул в веществе, что даёт возможность изучать не только структуру вещества, но и динамические процессы, в нём происходящие.

Рассеяние нейтронов атомами обусловлено ядерными силами, следовательно, сечения их когерентного рассеяния никак не связаны с атомным номером (в отличие от рентгеновских и у-лучей). В связи с этим облучение материалов нейтронами позволяет различать положения атомов лёгких (водород, кислород и др.) элементов, идентификация которых затруднена рентгеновскими и у-лучами.

Когерентное (согласованное рассеяние) — рассеяние излучения с сохранением частоты и с фазой, отличающейся на и от фазы первичного излучения. Таким образом, рассеянная волна может интерферировать с падающей волной или другими когерентно рассеянными волнами.

Некогерентное рассеяние возникает в результате эффекта Комптона, при котором энергия части рассеиваемых фотонов оказывается меньше энергии квантов первичного пучка. Длина рассеиваемой волны отличается от длины волны падающего излучения, а их фазы никак не связаны. Рассеянное излучение не интерферирует с когерентно рассеянным и первичным излучениями.

Нейтроны применяются при изучении биологических объектов, в материаловедении, в медицине и др. областях. Различие в когерентных сечениях рассеяния нейтронов у разных изотопов позволяет не только отличать в материале элементы с близкими атомными номерами, но и исследовать их изотопный состав.