ریاضیات

برکنش نوترونی با هسته‌ها در فیزیک هسته‌ای

نوترون‌ها ذرات خنثی هسته‌ای هستند و می‌توانند به راحتی وارد هسته اتم‌ها شوند. به همین دلیل نقش بسیار مهمی در واکنش‌های هسته‌ای دارند، به خصوص در شکافت و همجوشی هسته‌ای و تولید رادیوایزوتوپ‌ها.

انواع برکنش نوترونی با هسته‌ها

1. جذب نوترون (n, γ)

• نوترون وارد هسته می‌شود و هسته انرژی آن را به صورت تابش گاما آزاد می‌کند.
• فرمول عمومی:

  ^A_ZX + n → ^{A+1}_ZX + γ

• مثال: تولید پلوتونیوم-239 از اورانیوم-238:

  ^238U + n → ^239U → ^239Np → ^239Pu

2. پراکندگی نوترون

نوترون پس از برخورد با هسته تغییر جهت می‌دهد و انرژی‌ای به هسته منتقل می‌کند.

• پراکندگی الاستیک: انرژی کل حفظ می‌شود و نوترون انرژی خود را به هسته می‌دهد. مثال:

  n + ^1H → n + ^1H

• پراکندگی غیرالاستیک: بخشی از انرژی نوترون به هسته منتقل می‌شود و هسته به حالت برانگیخته می‌رود. مثال:

  n + ^56Fe → ^56Fe* + n

3. شکافت هسته‌ای (n, f)

• نوترون وارد هسته سنگین می‌شود و هسته به دو هسته سبک، چند نوترون و انرژی زیاد تقسیم می‌شود.
• مثال:

  ^235U + n → ^92Kr + ^141Ba + 3 n + انرژی

• این نوترون‌ها می‌توانند باعث واکنش‌های زنجیره‌ای شوند.

4. واکنش‌های دیگر (n, p) و (n, α)

• برخی نوترون‌ها باعث انتشار ذرات دیگر می‌شوند:
• (n, p): نوترون وارد هسته شده و پروتون آزاد می‌شود. مثال:

  n + ^14N → ^14C + p

• (n, α): نوترون وارد هسته شده و ذره آلفا آزاد می‌شود.

وابستگی به انرژی نوترون

• نوترون‌های آهسته (Thermal) با انرژی ~0.025 eV بیشتر توسط جذب هسته‌ای جذب می‌شوند.
• نوترون‌های سریع (Fast) با انرژی ~MeV بیشتر باعث شکافت یا پراکندگی غیرالاستیک می‌شوند.

جمع‌بندی