Поскольку свободный нейтрон - нестабильная частица, то необходимы внешние, т.е. не зависящие от нейтронного поля, источники нейтронов.
1) Источники на основе (α,n) реакции. Излучателями α-частиц в источниках данного типа являются радионуклиды, имеющие сравнительно высокую удельную α-активность. К ним относятся нуклиды: 210Po (T1/2=138,4 дня), 226Ra (T1/2=1622 года), 227Ac (T1/2=22 года), 238Pu (T1/2=86,4 года), 239Pu (T1/2=24360 лет), 241Am (T1/2=458 лет), 242Cm (T1/2=162,7 дня), 244Cm (T1/2=18,4 года).
Реакция (α,n) может происходить только в том случае, если:
· Кинетическая энергия α-частицы выше кулоновского барьера ядра-мишени;
· Энергия возбуждения составного ядра, получившегося после захвата α-частицы ядром-мишенью, больше, чем энергия связи нейтрона в этом составном ядре.
Поэтому в качестве ядра-мишени используют легкие ядра, имеющие малый заряд ядра и, следовательно, низкий кулоновский барьер.
Например, реакция на ядре Be:
4He+9Be->13C*->12C+n+5,704 МэВ
Если требуется стабильный во времени источник, то его основой может стать радий или плутоний. Однако, недостатком радиевых источников излучения нейтронов является большая интенсивность γ-излучения радия и продуктов его распада. Плутоний испускает гораздо меньше γ-квантов. Когда необходим источник, практически не излучающий γ-квантов, используют Po-Be. Однако Po имеет сравнительно малый период полураспада, поэтому с таким источником нельзя проводить длительных измерений, не внося поправку на распад полония.
Методы изготовления источников на основе (α,n)-реакции сравнительно просты, но требуют тщательного перемешивания используемых веществ (ядра-излучатели и ядра-мишени) и тщательной герметизации.
2) Источники на основе (γ,n) реакции. Реакция (γ,n), или фотонейтронная, может происходить в том случае, если энергия γ-квантов выше, чем энергия связи нейтрона в ядре-мишени. Обычно энергия γ-квантов, испускаемых радиоактивными веществами, не превышает 3-4 МэВ. Соответствующие реакции можно записать следующим образом изготовления источников данного весьма прост: ампулу с γ-радиоактивным веществом помещают в заготовку из металлического бериллия, либо в сосуд с тяжелой водой.
Фотонейтронные источники имеют следующие недостатки: большую интенсивность γ-излучения, значительные геометрические размеры и очень малый период полураспада. Кроме того выход нейтронов на 1 Ки излучения на несколько порядков ниже, чем в источниках на основе (α,n)-реакции.
3) Источники на основе (p,n) реакции. Реакции (p,n) являются экзотермическими и пороговыми. При бомбардировке тонких мишеней протонами с энергией, несколько превышающей порог реакции, имеется возможность получить монохроматический источник нейтронов. Наиболее широкое распространение получили две реакции:
3H+1H->3He+n (Епор=1,019 МэВ)
7Li+1H->7Be+n (Епор=1,88 МэВ)
При осуществлении этих реакций источником монохроматических протонов обычно является генератор Ван-де-Граафа. Использование приведенных реакций позволяет получать нейтроны с энергией от десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт с выходом около 106 - 107 нейтр./с на 1 мкА тока протонов.
4) Источники на основе реакций синтеза. Эти реакции – эндотермические и отличаются относительно высоким выходом нейтронов. Для основных реакций синтеза
2H+2H->3He+n+3,28 МэВ
3H+2H->4He+n+17,6 МэВ
Сравнительно высокий выход нейтронов уже достигается при энергии дейтонов около 100 кэВ. В качестве мишеней обычно используются циркониевые подложки, адсорбированный газообразный дейтерий или тритий. Установки, на которых получают нейтроны по приведенным выше реакциям, называются нейтронными генераторами. Энергия ускоренных ионов дейтерия колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен килиэлектронвольт. Эти установки сравнительно дешевы, компактны и удобны в эксплуатации. Выход нейтронов в первой реакции достигает порядка 106 нейтр./(с×мкА), а во второй – в сотни раз больше. Таким образом нейтронный генератор с дейтонным током может генерировать до 108-1010 нейтр./с в зависимости от типа реакции.
5) Ядерная реакция деления, как источник нейтронов.
Объяснение:
Поскольку свободный нейтрон - нестабильная частица, то необходимы внешние, т.е. не зависящие от нейтронного поля, источники нейтронов.
1) Источники на основе (α,n) реакции. Излучателями α-частиц в источниках данного типа являются радионуклиды, имеющие сравнительно высокую удельную α-активность. К ним относятся нуклиды: 210Po (T1/2=138,4 дня), 226Ra (T1/2=1622 года), 227Ac (T1/2=22 года), 238Pu (T1/2=86,4 года), 239Pu (T1/2=24360 лет), 241Am (T1/2=458 лет), 242Cm (T1/2=162,7 дня), 244Cm (T1/2=18,4 года).
Реакция (α,n) может происходить только в том случае, если:
· Кинетическая энергия α-частицы выше кулоновского барьера ядра-мишени;
· Энергия возбуждения составного ядра, получившегося после захвата α-частицы ядром-мишенью, больше, чем энергия связи нейтрона в этом составном ядре.
Поэтому в качестве ядра-мишени используют легкие ядра, имеющие малый заряд ядра и, следовательно, низкий кулоновский барьер.
Например, реакция на ядре Be:
4He+9Be->13C*->12C+n+5,704 МэВ
Если требуется стабильный во времени источник, то его основой может стать радий или плутоний. Однако, недостатком радиевых источников излучения нейтронов является большая интенсивность γ-излучения радия и продуктов его распада. Плутоний испускает гораздо меньше γ-квантов. Когда необходим источник, практически не излучающий γ-квантов, используют Po-Be. Однако Po имеет сравнительно малый период полураспада, поэтому с таким источником нельзя проводить длительных измерений, не внося поправку на распад полония.
Методы изготовления источников на основе (α,n)-реакции сравнительно просты, но требуют тщательного перемешивания используемых веществ (ядра-излучатели и ядра-мишени) и тщательной герметизации.
2) Источники на основе (γ,n) реакции. Реакция (γ,n), или фотонейтронная, может происходить в том случае, если энергия γ-квантов выше, чем энергия связи нейтрона в ядре-мишени. Обычно энергия γ-квантов, испускаемых радиоактивными веществами, не превышает 3-4 МэВ. Соответствующие реакции можно записать следующим образом изготовления источников данного весьма прост: ампулу с γ-радиоактивным веществом помещают в заготовку из металлического бериллия, либо в сосуд с тяжелой водой.
Фотонейтронные источники имеют следующие недостатки: большую интенсивность γ-излучения, значительные геометрические размеры и очень малый период полураспада. Кроме того выход нейтронов на 1 Ки излучения на несколько порядков ниже, чем в источниках на основе (α,n)-реакции.
3) Источники на основе (p,n) реакции. Реакции (p,n) являются экзотермическими и пороговыми. При бомбардировке тонких мишеней протонами с энергией, несколько превышающей порог реакции, имеется возможность получить монохроматический источник нейтронов. Наиболее широкое распространение получили две реакции:
3H+1H->3He+n (Епор=1,019 МэВ)
7Li+1H->7Be+n (Епор=1,88 МэВ)
При осуществлении этих реакций источником монохроматических протонов обычно является генератор Ван-де-Граафа. Использование приведенных реакций позволяет получать нейтроны с энергией от десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт с выходом около 106 - 107 нейтр./с на 1 мкА тока протонов.
4) Источники на основе реакций синтеза. Эти реакции – эндотермические и отличаются относительно высоким выходом нейтронов. Для основных реакций синтеза
2H+2H->3He+n+3,28 МэВ
3H+2H->4He+n+17,6 МэВ
Сравнительно высокий выход нейтронов уже достигается при энергии дейтонов около 100 кэВ. В качестве мишеней обычно используются циркониевые подложки, адсорбированный газообразный дейтерий или тритий. Установки, на которых получают нейтроны по приведенным выше реакциям, называются нейтронными генераторами. Энергия ускоренных ионов дейтерия колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен килиэлектронвольт. Эти установки сравнительно дешевы, компактны и удобны в эксплуатации. Выход нейтронов в первой реакции достигает порядка 106 нейтр./(с×мкА), а во второй – в сотни раз больше. Таким образом нейтронный генератор с дейтонным током может генерировать до 108-1010 нейтр./с в зависимости от типа реакции.
5) Ядерная реакция деления, как источник нейтронов.
Давление бруска на горизонтальную поверхность:
p = F/S
Так как сила тяжести, действующая на брусок, постоянна и равна:
F = mg = 55 · 10 = 550 (H),
то давление, оказываемое бруском на поверхность, обратно пропорционально зависит от площади грани, которой это давление производится.
У прямоугольного параллелепипеда три вида граней:
5 на 10; 5 на 20 и 10 на 20 см.
Очевидно, что наибольшая площадь будет у грани 10 на 20 см:
S = 10 · 20 = 200 (см²) = 0,02 м²
Тогда минимальное давление:
p = F/S = 550 : 0,02 = 27500 (Па) = 27,5 кПа
ответ: 27500 Па.