Повільні нейтрони , нейтрони з кінетичною енергією до 100 кев . Розрізняють ультрахолодні нейтрони (0—10 -7 ев ), холодні нейтрони (10 -7 —5×10 -3 ев ), теплові нейтрони (5×10 -3 —0,5 ев ), резонансні нейтрони (0,5 ев — 10 кев ) і проміжні нейтрони (10—100 кев ). Часто резонансні і проміжні нейтрони об'єднують під загальним терміном «проміжні нейтрони» (0,5 ев — 100 кев ). Нейтрони з енергією >100 кев називаються швидкими. Виділення термінів «М-коду. н.» і «швидкі нейтрони» пов'язане з різним характером їх взаємодії з речовиною, різними методами здобуття і реєстрації, а також з різними напрямами використання. Приведені значення граничних енергій умовні. Насправді ці кордони розмиті і залежать від типа явищ і конкретної речовини.
Взаємодія М. і. з ядрами. Універсальним процесом, який йде на всіх ядрах при будь-якій енергії нейтрона, є розсіяння нейтронів. Особливість розсіяння М. н. полягає в тому, що воно не супроводиться переходом ядра в збуджений стан (пружне розсіяння). Непружне розсіяння стає можливим, починаючи з енергії, рівної (1 + 1/ А ) E в , де А — масове число розсіюючого ядра, E в — енергія його першого збудженого рівня. Ця енергія, як правило, не менше декількох десятків кев , а для парно-парних сферичних ядер досягає декілька Мев .
Оскільки 100 кев в ядерному масштабі енергій невелика величина, М. н. можуть викликати лише такі ядерні реакції які супроводяться виділенням енергії (екзотермічні). Сюди відноситься перш за все захват нейтрона ядром, що супроводиться електромагнітним випромінюванням (радіаційний захват). Радіаційний захват енергетично вигідний і з більшою або меншою вірогідністю (ефективним перерізом) спостерігається для всіх ядер за винятком 4 He. Три інших типа ядерних реакцій, енергетично вигідних для багатьох ядер, — це реакції (n, р), (n, a) і ділення (див. Ядра атомного ділення ). Реакції 3 He (n, р) 3 Н, 10 B (n, a) 7 Li, 6 Li (n, a) 3 H і 14 N (n, р) 14 З широко використовуються для реєстрації М. н. (див. нижчий), а також (за винятком першої) для захисту від М. н. Останні 2 реакції використовуються також для здобуття тритію і ізотопу вуглецю 14 C. Реакція ділення викликається М. н. лише на окремих найбільш важких ядрах — 233 U, 235 U, 239 Pu і деяких інших.
Найбільш характерною межею взаємодії М. н. з ядрами є наявність резонансних максимумів (резонансів) в енергетичній залежності ефективних перерізів. Кожен резонанс відповідає збудженому стану складеного ядра з масовим числом ( А + 1), з енергією збудження, рівній енергії зв'язку нейтрона з ядром плюс величина [ А /( А + 1)] E 0 , де E 0 — кінетична енергія нейтрона, при якій спостерігається резонанс. Енергетична залежність ефективного переріза поблизу резонансу описується формулою Брейта — Вігнера (див. Нейтронна спектроскопія ).
Із збільшенням енергії нейтронів резонансні лінії розширюються, починають перекриватися і відбувається перехід до характерної для швидких нейтронів плавної залежності перетинів від енергії.
Перетин будь-якої ядерної реакції, що викликається досить повільним нейтроном, обернено пропорційно до його швидкості v . Це співвідношення називається законом 1/ v . Відома настільки ж загальна поправка до закону 1/ v , істотна, проте, лише для окремих реакцій, що володіють дуже великим ефективним перерізом [наприклад, 7 Be (n, р), 3 Не (n, р)]. Зазвичай же відхилення від закону 1/ v настають, коли енергія нейтрона стає порівнянною з енергією найближчого до 0 резонансного рівня. Для теплових нейтронів закон 1/ v справедливий для переважної більшості ядер.
Розсіяння М. н. у атомних системах. Характер розсіяння М. н. у молекулах і в кристалах залежить від співвідношення між енергією нейтрона E n і різницею енергій D E між рівнями енергії системи і співвідношення між довжиною хвилі нейтрона l (див. Хвилі де Бройля ) і міжатомними відстанями а . При E n > D E і l << а ( E n ³ 1 ев ) нейтрон «не відчуває» атомних зв'язків і порядку в розташуванні атомів (див. Далекий і ближній порядок ). Розсіяння зазвичай відбувається так само, як на ізольованих нерухомих ядрах, при цьому нейтрон втрачає енергію ~2 А E n / ( A + 1) 2 ( А — масове число ядра).
Прі E n ~ D E і l ~ а (теплові нейтрони) можливе пружне розсіяння (без зміни енергії нейтрона), а при непружному розсіянні нейтрон може вже не лише втрачати, але і набувати енергії, причому зміна його енергії залежить не лише від маси ядра, але і від енергетичного спектру системи. Ядро при цьому залишається незбудженим. При l ~ а має місце дифракція нейтронів (див. Дифракція часток ) і магнітне розсіяння на атомних електронах.
Для теплових нейтронів при ковзаючому падінні на поверхню багатьох твердих тіл спостерігається повне віддзеркалення, причому інтервал кутів, в якому відбувається віддзеркалення, зростає із зменшенням енергії нейтронів. Ультрахолодні нейтрони (швидкість £ 5 м/сек ) здатні дзеркально відбиватися при будь-якому вугіллі падіння на гладку поверхню багатьох твердих тіл. Тому такі нейтрони здатні зберігатися тривало (сотні секунд) усередині замкнутих судин з полірованими стінками (див. Ультрахолодні нейтрони, Нейтронна оптика ).
Джерела і детектори. М. н з E n ³ 10 кев можна отримувати за допомогою електростатичних генераторів в ядерних реакціях типа (р, n). Найчастіше користуються реакціями 7 Li (р, n) і 3 Н (р, n). Енергія нейтронів регулюється зміною напруги, прискорюючої протони (див. Нейтронні джерела ). Для здобуття М. н. використовують уповільнення швидких нейтронів (див. Уповільнення нейтронів ). При уповільненні утворюється суцільний спектр нейтронів, причому в чималих масах хороших сповільнювачів (вода, графить і ін.) велика частина нейтронів досягає теплових швидкостей. Утворюються теплові нейтрони, що знаходяться в тепловій рівновазі з середовищем і що володіють максвелловським розподілом по енергіях (див. Больцмана статистика ). При кімнатній температурі найбільш вірогідна енергія в потоці теплових нейтронів рівна 0,025 ев .
Для здобуття повільніших нейтронів використовують охолоджування сповільнювачів до температури рідкого азоту або нижче. Для виділення холодних нейтронів застосовують фільтрацію пучка теплових нейтронів через деякі речовини (Ве, Pb, графить та інші). Такі речовини прозорі для нейтронів з довжиною хвилі l > 2 d , де d — найбільша відстань між атомною плоскістю. Фільтри з берилія і графіту пропускають нейтрони з енергією, меншою 5,2×10 -3 ев і 1,5×10 -3 ев відповідно.
Детектування М. н. виробляється по реєстрації продуктів що викликаються ними ядерних реакцій (див. Нейтронні детектори ). Метод реєстрації ядер віддачі, нейтронів, що виникають при розсіянні, вживаний для детектування швидких нейтронів, для М. н. непридатний, оскільки повільні ядра віддачі не виробляють іонізації.
Вживання. М. н., і зокрема теплові нейтрони, мають величезне значення для роботи ядерних реакторів. Великі потоки теплових нейтронів в ядерних реакторах широко використовуються для здобуття радіоактивних ізотопів. Нейтронні резонанси дають можливість вивчення властивостей збудження рівнів ядер у вузькій смузі енергій збудження в області енергії зв'язку нейтрона в ядрі ~ 5—8 Мев . Для фізики твердого тіла велике значення мають структурні дослідження кристалів за допомогою дифракції теплових нейтронів. Дослідження непружного розсіяння теплових і холодних нейтронів дають важливі відомості про динаміку атомів в твердих тілах і рідинах і про властивості молекул (див. Нейтронографія ).
Літ.: Блатт Дж., Вайськопф Ст, Теоретична ядерна фізика, переклад з англійського, М., 1954; Фельд Би. Т., Нейтронна фізика, в книзі: Експериментальна ядерна фізика, під редакцією Е. Сегре, переклад з англійського, т. 2, М., 1955; Юз Д., Нейтронні дослідження на ядерних казанах, переклад з англійського, М., 1954; його ж, Нейтронні ефективні перерізи, переклад з англійського, М., 1959; Власов Н. А., Нейтрони, 2 видавництва, М., 1971; Гуревіч І. І., Тараса Л. Ст, Фізика нейтронів низьких енергій, М., 1965.
