Сечение образования электрон-позитронных пар имеет энергетический порог, равный 2mec2, и растет с увеличением энергии гамма-квантов. Расчетная кри- вая "Без экранирования" построена в пренебреже-

нии экранированием заряда ядра атомными элект-

ронами. Образование электрон-позитронных пар мо-

жет происходить и на электронах, но вероятность

этого процесса пренебрежимо мала.

Полное сечение поглощения и рассеяния фотонов при прохождении через вещество

Защита от гамма-излучения

Полностью поглотить гамма-излучение невозможно,

поэтому цель защиты - ослабить поток гамма- квантов до безопасных значений. При этом в от-

личие от альфа- и бета- излучений, толщина за-

щитного экрана зависит не только от энергии гам- ма-излучения, но и от интенсивности, т.к. поток

гамма-квантов экспоненциально ослабевает с

расстоянием внутри вещества по закону Бугера- Ламберта. Хорошо поглощают гамма-излучение тяжелые металлы (вольфрам, свинец), однако вольфрам дорог, а свинец химически ядовит, поэ-

тому, если позволяют условия, лучше использо-

вать обычные материалы (сталь, бетон).

Применение нейтронов

Нейтроны играют исключительно важную роль как в фундаментальных, так и в прикладных разделах

ядерной физики. Ядерные реакции под действием

нейтронов - самый большой и самый важный с практической точки зрения класс ядерных реакций

(самая важная среди них - цепная реакция деле-

ния тяжелых ядер). Среди других применений нейтронов можно отметить:

активационный анализ (получение короткоживущих

радиоактивных веществ облучением нейтронами; примененяется в медицине, в геологоразведке, в криминалистике),

нейтронография (изучение дифракции нейтронов на

ядрах атомов, нейтронный микроскоп).

Источники нейтронов

Наиболее мощным источником нейтронов является

ядерный реактор. Пучки нейтронов больших энер-

гий получают с помощью ускорителей. В лаборато- риях, не располагающих ускорителями и реактора-

ми, применяются источники нейтронов, работа ко-

торых основана на применении радиоактивных изотопов. Чаще всего используются источники, в

которых протекает реакция

Вэтих источниках альфа-частицы получают от како- го-либо альфа-активного изотопа: 226Ra88, 210Po84,

239Pu94. Соответственно источники называются: ра- дий-бериллиевый, полоний-бериллиевый и плуто- ний-бериллиевый.

Прохождение нейтронов через вещество

Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэто-

му, как и гамма-кванты, обладают большой прони- кающей способностью. Нейтроны практически не

взаимодействуют с электронными оболочками ато-

мов, беспрепятственно подлетают к ядрам и всту- пают с ними в ядерные реакции. Сечение таких ре-

акций зависит от энергии нейтрона: чем меньше

скорость нейтрона, тем, как правило, больше сече- ние реакции. Быстрые нейтроны, проходя через вещество, сначала испытывают многократные упругие столкновения с ядрами атомов, двигаясь

по сложной ломаной траектории (типа броуновс-

кой), постепенно замедляются, и после этого за- хватываются ядрами.

Защита от нейтронов

Эффективной защиты от быстрых нейтронов не су-

ществует, поэтому прежде всего необходимо замед-

лить нейтроны. Наиболее эффективно нейтроны за- медляются в результате столкновений с протонами (т.к. массы этих частиц почти одинаковы). Поэтому

самыми лучшими замедлителями являются вещест-

ва, содержащие в большом количестве водород: во- да и парафин. Плотность потока нейтронов, выходя- щего из замедлителя толщиной d, окружающего то- чечный источник интенсивностью Q, можно оценить

где R - расстояние до источника, μ - показатель осла-

бления (для парафина 0.161см-1), B ≈ 5 - "фактор на- копления", учитывающий многократное рассеяние.

После замедления до тепловых скоростей нейтроны можно эффективно поглотить. Известны 2 эффек- тивных поглотителя тепловых нейтронов:

бор-10, сечение поглощения σ=4010 барн (природная смесь содержит 18.8% изотопа бор-10, эффектив- ное сечение смеси σ=769 барн),

кадмий-113, сечение поглощения σ=20800 барн (при- родная смесь содержит 12.3% изотопа кадмий-10, эффективное сечение смеси σ=2550 барн).

(Для сравнения: сечение поглощения тепловых нейт- ронов другими ядрами не превышает 100 барн).

Некоторые источники нейтронов (например, радий- бериллиевый) дают очень интенсивный сопровож- дающий гамма-фон, от которого также требуется защита, например, свинцовая.

Защита от нейтронов

Итак, в лабораторных условиях защита от

нейтронов осуществляется в три этапа:

1. Замедление нейтронов до тепловых ско-

ростей (используется вода или парафин),

2.Поглощение тепловых нейтронов (исполь- зуется кадмий или бор),

3.Поглощение сопровождающего гамма-из-

лучения (используется свинец, сталь,

бетон).

Схема лабораторной

установки для прове-

дения активационного анализа.

1- стержень-держатель

источника нейтронов 2- стержни-держатели

облучаемых образцов

3- вода

4- парафин

5- карбид бора

6- ампула с источником

нейтронов

7- источник нейтронов

8- свинцовая защита