Нейтро́нне захо́плення (захо́плення нейтро́на) — вид ядерної реакції, у якій ядро атома з'єднується з нейтроном і утворюється важче ядро: (A, Z) + n → (A+1, Z) + γ.

Нейтрон може наблизитися до ядра навіть маючи кінетичну енергію, близьку до нуля, оскільки він електрично нейтральний і на нього не діють сили електричного відштовхування (на відміну від позитивно зарядженого протона, який може бути захоплений ядром лише в разі досить великої кінетичної енергії)[1].

Дочірне ядро

У результаті реакції захоплення нейтрона утворюється важчий ізотоп того ж елемента, як правило, у збудженому стані. Збудження зазвичай знімається випромінюванням одного або кількох гамма-квантів з переходом ядра до основного стану[1]; у важких ядер можливий поділ. Утворене в результаті нейтронного захоплення ядро ​​може бути як стабільним, так і радіоактивним. Наведена радіоактивність внаслідок нейтронного опромінення (зокрема, в ядерних реакторах) є значним джерелом радіоактивних відходів.

 
Перетин захоплення нейтронів ізотопами 157Gd та 10B залежно від енергії нейтрона

Перетин захоплення

Типові перетини захоплення теплового нейтрона ядрами становлять близько 1 барна (що близько до геометричного поперечного перерізу ядра), однак для деяких нуклідів спостерігаються відхилення на кілька порядків як у бік збільшення, так і зменшення перетину захоплення. Наприклад, для ядра бору 10B перетин захоплення теплових нейтронів становить 3840 барн, а найбільший переріз захоплення нейтронів — сотні тисяч барн — має ізотоп гадолінію 157Gd[2]. Перетин захоплення швидких нейтронів значно менший; зі зростанням енергії нейтрона перетин зменшується обернено пропорційно його швидкості. Однак досить часто трапляється, що для певних енергій нейтрона переріз захоплення нейтрона ядром має різко виражений максимум[3].

Застосування

Захоплення нейтронів застосовується в нейтронно-активаційному аналізі: досліджувана речовина опромінюється нейтронами, після чого визначається кількість радіоактивних ядер, які утворилися в результаті захоплення, що дає інформацію про склад речовини[джерело?]. Перспективним методом лікування онкологічних захворювань є доставка в пухлину стабільних ізотопів з великим перетином захоплення нейтрона (10B, 157Gd), які після опромінення тепловими нейтронами перетворюються на радіоактивні ізотопи й руйнують клітини[4].

Нуклеосинтез

Докладніше: Нуклеосинтез

Первинний нуклеосинтез

Протягом перших декількох хвилин після Великого вибуху всі нейтрони, що утворилися в результаті баріогенезису, були або захоплені протонами (з утворенням дейтронів), або розпалися. Вимірювання поширеності легких ядер (дейтерію, гелію, літію) дозволяють досліджувати цей період раннього Всесвіту.

Зоряний нуклеосинтез

Нейтронне захоплення важливе для нуклеосинтезу елементів у зорях. Початковим елементом зазвичай є ізотоп заліза 56Fe. Виділяють 2 види процесів: повільний s-процес, коли утворене радіоактивне ядро встигає розпастися, перш ніж буде захоплено наступний нейтрон, і швидкий r-процес, коли утворені внаслідок захоплення нестабільні ядра встигають до розпаду захопити наступний нейтрон. Умови перебігу таких реакцій вивчає астрофізика[1].

  • r-процес, або швидкий процес захоплення нейтронів, — процес утворення важчих ядер із легших шляхом послідовного захоплення нейтронів в ході реакцій[1]. Захоплення нейтронів триває доти, доки темп захоплення нейтронів вищий, ніж темп розпаду ізотопу. Потім ядро зазнає β-розпаду, утворюється ядро наступного елемента й захоплення нейтронів триває далі[джерело?].
  • s-процес, або повільний процес захоплення нейтронів, — процес утворення важчих ядер із легших шляхом послідовного захоплення нейтронів під час якого нестабільні ядра розпадаються перш ніж приєднається наступний нейтрон[5]. Характерний час перебігу s-процесів набагато більший періоду β-розпаду, тому до них залучаються або стабільні ядра, або радіоактивні ядра, які мають дуже великі періоди напіврозпаду.

Див. також

Джерела

  1. а б в г Нейтронный захват / Д. А. Франк-Каменецкий, М. Ю. Хлопов // Физика космоса : Маленькая энциклопедия : [рос.] / гл. ред.: Р. А. Сюняев ; ред. колл.: Ю. Н. Дрожжин-Лабинский, Я. Б. Зельдович, В. Г. Курт, Р. 3. Сагдеев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Советская энциклопедия, 1986.
  2. Ю.Б. Шевченко, В.Ф. Разбудей, Ж.С. Янч (2009). Визначення вмісту та розподілу нейтронозахоплюючих агентів in vivo при нейтронозахоплюючій синовектомії. Український радіологічний журнал XVII (3): 363—365. 
  3. Репецький С.П. (2007). Взаємодія випромінювання з речовиною (Текст лекцій зі спеціалізації «Фізика радіаційної медицини»). К: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет». 
  4. Пилипчук Є. В., Турелик М. П., Зубчук Ю. О., Петрановська А. Л., Олексенко Л. П., Горбик П. П. Синтез та властивості нанокомпозитів магнетит/γ-амінопропілсилоксан/диетилентриамінпентаоцтова кислота/гадоліній // Біотехнологія ХХІ століття : Тези доповідей ІV Всеукраїнської науково-практичної конференції / Редакційна колегія: Горобець С. В. д.ф-м.н., професор ; Богдан Т. З. к.б.н., доцент ; Поводзинський В. М. к.т.н, доцент ; Хрокало Л. А. к.б.н., доцент ; Дехтяренко Н. В., к.с-г.н.. — Київ : Національний технічний університет «Київський політехнічний інститут», 2012. — 5 квітня. — С. 158—159. — УДК 539.211:544.723.23.
  5. s-процес // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 465. — ISBN 966-613-263-X.