Большая Советская Энциклопедия (НЕ)

Для получения нейтронов с энергиями 2—15 Мэв наиболее употребительны реакции D (d, n)³ He и T (d, n)⁴ He. Мишенью служит гидрид металла (обычно Zr или Ti) с дейтерием или тритием. В реакции D + d значительный выход нейтронов наблюдается уже при энергии дейтронов ~ 50 кэв. Энергия нейтронов при этом ~ 2 Мэв и растет с ростом энергии протонов. Для нейтронов с энергией 13—20 Мэв предпочтительнее реакция Т + d, дающая больший выход нейтронов. Например, при энергии дейтронов 200 кэв из толстой тритиево-циркониевой мишени вылетают нейтроны с энергией ~ 14 Мэв в количестве 10⁸ в 1 сек на 1 мкк дейтронов.

Характеристики наиболее распространённых ампульных нейтронных источников.

Ядерная реакция	Период полураспа- да	Число нейтронов в 1 сек на 1 кюри	Энергия нейтронов в Мэв
Реакция (a, n) Ra + Be Rn + Be Po + Be Pu + Be Am + Be	1620 лет 3,8 сут 139 сут 24 тыс. лет 470 лет	10^7 10^7 10^6 10^6 10^6	Сплошной спектр от 0,1 до 12 с максимумом в области 3—5
Реакция (g, n) Ra + D2 O MsTh + Be MsTh + D2 O ^140 La + Be ^140 La + D2 O ^124 Sb + Be ^72 Ca + D2 O ^24 Na + Be ^24 Na + D2 O	1620 лет 6,7 года 6,7 года 40 ч 40 ч 60 сут 14,1 ч 14,8 ч 14,8 ч	10^4 —10^5	0,12 0,83 0,2 0,62 0,15 0,024 0,13 0,83 0,22
Спонтанное деление		Число нейтронов на 1 мг	Сплошной спектр 0,1—12 с максимумом в области 1, 5
^236 Pu ^240 Pu ^244 Cm ^252 Cf	2,9 года 6,6x10^3 лет 18,4 года 2,6 года	26 1,1 9x10^3 2,7x10^9

Реакция (р, n) на ядрах ⁷Li и др. удобна для получения моноэнергетических нейтронов в широком диапазоне энергии. Она обычно используется в электростатических ускорителях . Для получения нейтронов более высоких энергий (~ 10⁸эв ) используются реакции (р, n) и (d, pn) на пучках протонов и дейтронов высоких энергий. Реакция (р, n) осуществляется за счёт непосредственного выбивания нейтрона из ядра (без промежуточной стадии возбуждения ядра), а также за счёт перезарядки летящего нуклона в поле ядра. Нейтроны вылетают в этом случае преимущественно вперёд (по направлению протонного пучка), они монохроматичны при фиксированном угле вылета. Реакция (d, pn) (развал дейтрона в поле ядра) приводит к генерации нейтронов с энергией, равной ¹ /₂ энергии дейтрона.

В качестве Н. и. используются также электронные ускорители. Интенсивные пучки быстрых электронов направляются на толстые мишени из тяжёлых элементов (Pb, U). Возникающие тормозные g-кванты (см. Тормозное излучение ) вызывают реакцию (g, n) или деление ядер, сопровождающееся испусканием нейтронов. Все нейтронные генераторы могут работать как в непрерывном, так и импульсном режимах.

Самые мощные источники нейтронов — ядерные реакторы . Нейтронный пучок, выведенный из реактора, содержит нейтроны с энергиями от долей эв до 10—12 Мэв. В мощных реакторах плотность потока нейтронов в центре активной зоны реактора достигает 10¹⁵ нейтронов в 1 сек с 1 см² (при непрерывном режиме работы). Импульсные реакторы , работающие в режиме коротких вспышек, создают более высокую плотность потока нейтронов, например импульсный реактор на быстрых нейтронах в Объединённом институте ядерных исследований (ИБР) имеет в момент вспышки в центре активной зоны 10²⁰ нейтронов в 1 сек с 1 см².

Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Портативные генераторы нейтронов в ядерной геофизике, под ред. С. И. Савосина, М., 1962.

Б. Г. Ерозолимский.

Нейтронные генераторы.

Нейтронный каротаж

Нейтро'нный карота'ж, метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. В скважину опускают толстостенную стальную гильзу, содержащую нейтронный источник и детектор, регистрирующий вторичное излучение. Последнее возникает в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами породы (см. Нейтронные детекторы ). Между источником и детектором устанавливается фильтр из парафина, Pb или Bi, препятствующий прямому попаданию нейтронов из источника в детектор. Сигналы детектора, усиленные и сформированные с помощью электронных устройств, передаются по кабелю наверх для регистрации и анализа. Перемещая гильзу вдоль скважины (рис. ), записывают каротажную диаграмму — зависимость скорости счёта сигналов от глубины. Н. к. был впервые осуществлен в США (Б. М. Понтекорво , 1941), в СССР развитие Н. к. связано с именами Б. Б. Лапука и Г. Н. Флёрова .

Существует около 10 вариантов Н. к., отличающихся типом нейтронного источника, видом вторичного излучения, а также характером получаемой информации. В случае нейтрон-нейтронного каротажа регистрируются тепловые нейтроны, образующиеся в результате замедления в горной породе быстрых нейтронов источника (см. Замедление нейтронов ). При нейтронном g-каротаже регистрируются g-кванты, возникающие при захвате медленных нейтронов ядрами (см. Медленные нейтроны ). В этих вариантах Н. к. с источником непрерывного действия определяется относительное количество водорода в пластах. Так как водород — наиболее эффективный замедлитель нейтронов, то в породах с порами, заполненными водой или нефтью, нейтроны замедляются уже на небольших расстояниях от источника. Например, в песчанике с 20%-ной пористостью расстояние, в котором около 60% нейтронов источника (с энергией 5 Мэв ) становятся тепловыми, — порядка нескольких см. Число тепловых нейтронов (или g-квантов радиационного захвата ), достигающих при этом детектора, невелико, так как расстояние до него существенно больше (30—50 см ). С уменьшением содержания водорода в пласте длина замедления растет, нейтроны становятся тепловыми в области, более близкой к детектору, и число его отсчётов увеличивается. Т. о., минимумы на каротажной диаграмме соответствуют пластам с повышенным содержанием водорода.

Кроме пористых пластов (песчаника, известняка) с водой или нефтью, диаграммы Н. к. дают возможность выделить более плотные пласты, границы пластов, глинистые прослойки, а также границы между жидкостью и газом, что даёт возможность применять Н. к. при поисках месторождений газа.

Н. к. с источником непрерывного действия не даёт, однако, возможности надёжно отличать пласты, насыщенные водой и нефтью, так как они как замедлители нейтронов неразличимы. Для этой цели эффективнее оказался Н. к. с импульсным источником (импульсный Н. к.). Пластовая вода обычно содержит минеральные соли, например NaCI, в то время как в нефти они отсутствуют. Из-за поглощения нейтронов в Cl время жизни t тепловых нейтронов в пласте, содержащем воду, меньше, чем в нефтяном пласте. В импульсном Н. к. нейтроны испускаются в течение коротких интервалов времени — от 1 до 10 мксек, а регистрируются лишь те сигналы от детектора, которые приходят через время t > t после нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от t. В пласте, содержащем воду, для которого t невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, t больше и нейтронов остаётся больше. В районах с сильной минерализацией пластовых вод (200 г NaCI на 1 л ) достигаются десятикратные различия в показателях прибора против нефте- и водонасыщенных участков пласта. Импульсный Н. к. получил распространение после создания малогабаритных импульсных нейтронных генераторов.

В Н. к. с регистрацией g-квантов применяются сцинтилляционный счётчик и полупроводниковые детекторы , обладающие высокой разрешающей способностью. Измерение спектра g-квантов радиационного захвата позволяет осуществлять элементный анализ горных пород. Используя при этом импульсный Н. к., удаётся определять и спектр g-лучей, возникающих при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах. Такой вариант Н. к. сулит возможность выделения нефтеносных пластов по содержанию С, т. е. независимо от наличия солей в пластовых водах.

В СССР Н. к. входит в комплекс обязательных геофизических работ, проводимых на всех скважинах, вводимых в строй. Н. к. применяется также для поиска пропущенных нефтяных горизонтов в старых скважинах.

После облучения породы нейтронами в ней возникает радиоактивность, измерение которой даёт также информацию о составе породы (нейтронно-активационный каротаж). Основанные на этом методы Н. к. применяются при поиске полезных ископаемых и в др. геологических исследованиях.

Лит.: Pontecorvo В., Neutron well logging new geological method based on nuclear physics, «Oil and Gas Journal», 1941/42, v. 40, № 18; Филиппов Е. М., Прикладная ядерная геофизика, М., 1973; Основы импульсного нейтрон-нейтронного каротажа, М., 1965; Арцыбашев В. А., Ядерно-геофизическая разведка, М., 1972.

Б. Г. Ерозолимский.

Рис. к ст. Нейтронный каротаж.

Нейтронография

Нейтроногра'фия (от нейтрон и ...графия ), метод изучения строения молекул, кристаллов и жидкостей с помощью рассеяния нейтронов. Сведения об атомной и магнитной структуре кристаллов получают из экспериментов по дифракции нейтронов (см. Дифракция частиц ), о тепловых колебаниях атомов в молекулах и кристаллах — из экспериментов по рассеянию нейтронов, при котором нейтроны обмениваются энергией с изучаемым объектом (рассеяние в этом случае называется неупругим). Первые работы в области Н. принадлежат в основном Э. Ферми (1946—48); главные принципы Н. были впервые изложены в 1948 в обзоре американских учёных Э. Уоллана и К. Шалла.

Нейтронографический эксперимент осуществляется на пучках нейтронов, выпускаемых из ядерных реакторов (предполагается использование для целей Н. ускорителей электронов со специальными мишенями). На рис. 1, а приведена типичная установка для нейтронографических исследований. Нейтронографическая аппаратура (дифрактометры, нейтронные спектрометры разных типов и т.д.) размещается в непосредственной близости от реактора на пути нейтронных пучков. Плотность потока нейтронов в пучках самых мощных реакторов на несколько порядков меньше плотности потока квантов рентгеновской трубки, поэтому нейтронографическая аппаратура, нейтронографический эксперимент сложны; по этой же причине используемые в Н. образцы существенно крупнее, чем в рентгенографии. Эксперименты могут проводиться в широком интервале температур (от 1 до 1500 К и выше), давлений, магнитных полей и др.