Нейтрон физикасына кіріспе

Нейтрон физикасына кіріспе

Протондармен қатар, барлық ядролар, сутектен басқа, нейтронды қамтиды – электрлік заряды жоқ, шамамен протонның массасынан сәл үлкен тұрақты емес бөлшек. Заттың массасы ядроларда шоғырланғандықтан, Жердің массасының жартысынан көбі нейтрондарда болады. Ғаламдағы заттың қозғалысы мен түрленуімен байланысты негізгі процестер атом ядроларының физикасымен, олардың құрамындағы протондар мен нейтрондармен, яғни Ғаламдағы энергияның негізгі тасымалдаушыларымен байланысты.

Ұсынылған курстың мақсаты – нейтрондық сәулеленудің физикасымен, оның қасиеттерімен, затпен өзара әрекеттесу процестерімен таныстыру.

Неліктен нейтронды зерттеу маңызды? Нейтрондық физика қазіргі заманғы негізгі және қолданбалы зерттеулерде қандай рөл атқарады? Осы сұрақтарға төменде жауап беруге тырысамыз.

Нейтрон – электрлік заряды жоқ және массасы бар элементар бөлшек. Ол атом ядросының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады және ядролық реакциялар мен ядролық процестерде маңызды рөл атқарады.

Нейтрондар ядролық реакциялар нәтижесінде алынуы мүмкін, мұнда екі немесе одан да көп ядролар қосылып, нейтрондарды қосымша өнім ретінде шығарады. Мысалы, уран-235 ядроларының бөлінуі кезінде ядролық реакторда нейтрондар босатылады.

Олар ғылымның түрлі салаларында маңызды рөл атқаратын негізі бөлшектер болып табылады, оның ішінде ядролық энергетика, ядролық зерттеулер, медицина және басқа салалар бар.

Нейтрондар төмен энергияға ие және теріні өтпейді, сондықтан олар дененің ішіндегі терең орналасқан ісіктерді сәулелендіру үшін қолданылады.

Алайда, нейтрондар үлкен мөлшерде немесе жоғары энергияда болғанда адам денсаулығына қауіпті болуы мүмкін. Сондықтан нейтронды көздермен жұмыс істегенде, мысалы, ядролық реакторларда, сәулеленуден қорғау шараларын қабылдау қажет.

Нейтрондар зерттелетін заттардың құрылымын зерттеу үшін тамаша құрал болып табылады, оның тиімділігі олардың ерекше қасиеттерімен түсіндіріледі:

        •        нейтрондар электрлік бейтарап болғандықтан олардың өту қабілеті электрондар мен басқа зарядталған бөлшектерге қарағанда айтарлықтай жоғары. Бұл оларды заттардың бөлшектерін бұзбай тексеру үшін, мысалы, аса жоғары қысым ұяшығында, жоғары температуралы пеште немесе криостаттың ішіндегі төмен температурада қолдануға мүмкіндік береді;

        •        рентген сәулелері атомдардың электронды қабаттарымен шашырайды, ал нейтрондар ядролармен өзара әрекеттеседі, олардың өлшемдері электронды қабықшадан айтарлықтай кіші. Сондықтан нейтрондар атомдардың орналасуын дәл анықтауға мүмкіндік береді;

        •        нейтрондар магниттік моментке ие, бұл қасиет оларды заттардың магниттік құрылымын тікелей зерттеу үшін іс жүзінде жалғыз құрал етеді;

        •        жылулық нейтрондардың энергиясы кристалдардағы колективті қозғаушы күштердің энергиясына жақын, мысалы, атомдардың тербелістеріне және олардың магниттік моменттеріне (фонондар мен магнондар), сондықтан нейтрондар заттың атомдары арасындағы өзара әрекеттесу мен динамикасын зерттеу үшін бірегей құрал болып табылады;

•        нейтрондар атомдардың ядроларымен әрекеттеседі, ал рентгендік және гамма-сәулелер атомдардың электронды қабаттарымен әрекеттеседі. Бұл олардың тәжірибелерде атомдарды танудағы жоғары «контрастын» (сезімталдығын) қамтамасыз етеді. Бұл әсіресе жеңіл элементтерге (сутек, оттек және т.б.) қатысты, оларды ауыр элементтері бар денелерде рентгендік және гамма-әдістермен анықтау мүмкін емес;

        •        нейтрондардың энергиясын одан әрі төмендету олардың де Бройль ұзындығының атомдардың өлшемдерінен айтарлықтай артық болуына және молекулалық құрылымдардың және наноөлшемдердің өлшемдерімен салыстырмалы болуына әкеледі. Осылайша, суық нейтрондар биологиялық қосылыстардан бастап наночастицаларға дейін күрделі құрылымдарды зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік береді.

Жоғарыда аталған қасиеттердің арқасында нейтрондар келесі технологияларда қолданылуы мүмкін.

Нейтрондар заттардың құрылымын олардың атомдық салмағы мен тығыздығына қарамастан зерттеуге мүмкіндік береді. Мысалы, нейтрондар белсенді түрде бұзбай тексеру әдістерінде қолданылады. Бұзбай тексерудің ең маңызды міндеттерінің бірі – жүк тасымалдау құралдарының шекаралар арқылы өтуін тексеру.