Основные эффекты взаимодействия нейтронов с веществом. Наведенная радиоактивность. Защита от ионизирующих излучений.
Нейтроны – корпускулярное излучение. Вследствие того что нейтроны не имеют заряда, а масса их много больше массы электронов, они обладают большой проникающей способностью и теряют свою энергию практически только при соударении с ядрами атомов. При этом возможно упругое и неупругое рассеяние нейтронов на ядрах.
Нейтронное излучение опасно вследствие своей высокой проникающей способности и возможности вызвать в живых
организмах наведенную радиоактивность.
В зависимости от энергии различают сверхбыстрые, быстрые, промежуточные, медленные и тепловые нейтроны.
Сверхбыстрые нейтроны. Такие нейтроны получают в ядерных реакторах; они возникают при ядерных взрывах. Энергия их составляет 10...50 МэВ.
При взаимодействии с тяжелыми элементами сверхбыстрые нейтроны вызывают деление их ядер. При этом образуются сильно возбужденные ядра.
В результате нарушения соотношения протонов и нейтронов в ядрах уменьшаются силы ядерного сцепления и нуклоны под действием сил отталкивания расходятся к противоположным полюсам. Ядро деформируется, в центре образуется перетяжка, и оно расщепляется на два-три осколка. Во время каждого акта деления высвобождается колоссальная энергия (около 200 МэВ) и вылетают дватри свободных нейтрона, которые способны вызвать деление других ядер.
Так возникает цепной процесс деления ядер.
Из большого числа ядерных осколков и их дочерних продуктов интерес для радиобиологии представляют в первые месяцы после ядерного взрыва 131J, 140Ba, 89Sr, а в последующем 90Sr, I37Cs.
Быстрые нейтроны. Такие нейтроны образуются в результате ядерных реакций. Энергия их превышает 100 кэВ.
При соударении с ядрами атомов быстрые нейтроны передают им часть своей энергии, образуя быстролетящие ядра (ядра отдачи). Ядра отдачи, как и все заряженные частицы, тратят свою энергию на ионизацию среды.
Доля передаваемой ядру энергии возрастает с уменьшением массы ядра. Так, при соударении нейтронов с ядрами водорода, т. е. с протонами, им передается в среднем до 60% энергии нейтрона, так как массы этих частиц практически равны.
Поэтому быстрые нейтроны хорошо замедляются легкими веществами, содержащими много атомов водорода, такими как вода, парафин, ткань, и свободно проходят через большие толщины тяжелых веществ (свинец и др.).
При взаимодействии с ядрами нейтроны постепенно замедляются вплоть до тепловых скоростей, т. е. до скоростей движения молекул среды.
Промежуточные нейтроны. Энергия таких нейтронов от 100 эВ до 1 кэВ. Они чаще взаимодействуют с веществом по типу упругого рассеяния.
Медленные и тепловые нейтроны. Энергия медленных нейтронов не превышает 1 кэВ.
В отличие от быстрых нейтронов, медленные захватываются ядрами атомов, в результате чего образуются новые стабильные или радиоактивные изотопы. В водородсодержащих веществах ядра водорода захватывают медленные нейтроны и превращаются в ядра тяжелого водорода — дейтерия.
Радиационный захват нейтронов сопровождается испусканием жестких гамма_квантов с энергией, равной 2,18 МэВ:
Энергия тепловых нейтронов достигает 0,025 эВ. Тепловые нейтроны, так же как и медленные, захватываются поглощающей средой.
Для защиты от нейтронов с низкой энергией необходимо использовать, кроме поглотителя (вода, бор или кадмий), и экран из тяжелого материала (свинец, барий) для ослабления гамма-излучения.