Как работает отражение нейтронов?

Я собираюсь сделать предположение, что вы спрашиваете о «бериллиевом отражателе», который вы находите вокруг активной зоны реактора или вокруг замедлителей нейтронов в источниках нейтронов.

Вы ошиблись в вопросе №2. Для тепловых нейтронов бериллий имеет сечение захвата$\sigma_\text{capture} = 7.6\,\rm millibarn$и сечение рассеяния$\sigma_\text{scatter} = 7.6\,\rm barn$, поэтому тепловой нейтрон в бериллии в среднем рассеется 1000 раз, прежде чем схватиться. Для некоторых других ядер сечение рассеяния примерно не зависит от кинетической энергии нейтрона, а сечение захвата пропорционально$1/\sqrt E$, поэтому для более быстрых нейтронов разница еще более заметна. Бериллий используется в качестве отражателя нейтронов, потому что он рассеивает нейтроны, не захватывая их. Средний свободный пробег между скаттерами равен$\ell = 1/n\sigma$, где$n$– плотность ядер бериллия; Я не вычислил это сегодня, но шкала длины - сантиметры.

Волновая функция рассеянного нейтрона преимущественно$s$-волна. (Возможно, вы помните «приближение Борна» для рассеяния, в котором вы предполагаете, что волновая функция рассеянной частицы полностью $s$-волна; это работает, потому что$p$-волновые и более высокие состояния не сильно перекрываются с ядром.)$s$-волновые функции сферически симметричны: в системе центра масс налетающего нейтрона и бериллиевого рассеивателя рассеянный нейтрон с одинаковой вероятностью может быть обнаружен в любом направлении. Поскольку бериллий на порядок тяжелее нейтрона, требуется всего пара рассеяний, прежде чем любая информация о направлении падения нейтрона будет полностью потеряна. Рассеянные нейтроны внутри бериллия движутся во всех направлениях.

Это означает, что на расстоянии$\sim\ell$с поверхности бериллия падающий нейтрон имеет 50 на 50 шансов развернуться и отправиться обратно.

Бериллий не является отражателем нейтронов в том смысле, в каком зеркала отражают свет (хотя нейтронные зеркала существуют). Бериллий отражает нейтроны так же, как сугроб отражает свет. Свет, падающий на сугроб, рассеивается кристаллами льда в случайном направлении, но не поглощается, поскольку кристаллы льда прозрачны; эффект заключается в том, что сугроб в солнечном свете ослепительно яркий с тем же цветовым распределением, что и солнце, но если вы прокопаете туннель в сугробе, вы обнаружите, что он становится все темнее и темнее, чем дальше вы идете.

Для замедления нейтронов бериллием имейте в виду, что столкновения упругие; уменьшение энергии нейтрона происходит из-за разницы между системой центра импульса и системой лабораторного покоя. Поскольку бериллий на порядок тяжелее нейтрона, каждое столкновение стоит нейтрону примерно 10% его падающей энергии. Водород является гораздо лучшим замедлителем, так как массы протона и нейтрона примерно равны.