Почему сечения поглощения нейтронов высоки при низкой энергии падающего излучения?

Например, сечение деления U-235 выглядит так:


(источник: science20.com )

Насколько я понимаю, пики резонансов соответствуют дискретным квантовым состояниям возбужденного составного ядра. По мере того, как вы поднимаетесь выше, плотность состояний становится слишком высокой для разрешения, и вы получаете этот континуум.

А вот с тепловыми энергиями (левая часть графика) я не очень понимаю, что происходит, так как доступные состояния должны быть низкими. Следовательно. Я ожидаю, что сечение тоже будет низким.

Является ли это хвостом резонансного пика, соответствующего низкоэнергетическим состояниям? Преобладает ли поведение 1/v в спаде этого резонансного пика?

Я немного расширяю вопрос, так как меня не устраивают ответы. Вот что, по моему мнению, должно происходить (пример сделан с поглощением нейтрона индием-115):

введите описание изображения здесь

Слева до поглощения, справа после. Оранжевый уровень не является уровнем составного ядра, поэтому поглощение будет уменьшено.

Это же происходит и с ураном-238, так что вопрос не только в делении.

введите описание изображения здесь

Я не физик-ядерщик, поэтому я не хочу публиковать это как ответ. Мое интуитивное предположение заключается в том, что для более быстрых нейтронов перекрытие волновой функции с ядром происходит в течение более короткого периода времени, что делает захват протона менее вероятным. Действительно медленному нейтрону не нужно преодолевать кулоновский барьер, и он может просто «сидеть» в ядре в течение очень долгого времени (фактически попадая в плен).
@Спенсер Спасибо. Я думаю, что понимаю это общее поведение, но мне нужно объяснение с точки зрения дискретных квантовых состояний. Даже если бы нейтрон был медленным и "сидел" там долгое время, если бы у него не было "правильной" энергии, я не понимаю, как его можно было бы захватить.
Хм... Тут надо быть осторожным. Просто своим присутствием нейтрон уже нарушил энергетические уровни ядра; помните, что это также способствует гамильтониану. Так что они не обязательно будут такими же, какими были до его появления. Также я не уверен, что существует такая вещь, как слишком мало энергии, чтобы ее можно было связать; просто будучи свободным в первую очередь, он должен иметь больше энергии, чем связанные нуклоны; а если это не так, всегда есть туннелирование. Кроме того, эти резонансные пики соответствуют различиям в уровнях энергии, а не величине самих уровней энергии.
Я считаю, что ответ Али ниже правильный. Обратите внимание, что «деление» означает, что ядро ​​находится в метастабильном состоянии. В некотором смысле континуум энергии подобен тому, как если бы электрон с низкой энергией был захвачен континуумом полос в металле (именно так мы разряжаем наши пальцы, когда накладка на ноутбуке перестает работать :)). kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_2.html
Кажется довольно ясным, что из двух возможностей, изложенных в OP, доминирует поведение 1/v. Просто у нас есть множество оправданий такому поведению на разных уровнях физики. Я прочитал этот вопрос как просьбу о подлинном квантовом объяснении этого поведения 1/v, что является совершенно правильным вопросом.
Я отредактировал вопрос, так как не думаю, что понимаю свою точку зрения.
Я не понимаю, как ( н , γ ) сечение для 238U может быть отличным от нуля при низких энергиях. Казалось бы, это нарушает закон сохранения энергии. Если вы поместите в 10 − 5 эВ нейтрон, вы не можете получить гамма-луч.

Ответы (2)

Это потому, что U-235 делящийся, то есть вам нужно только доставить нейтрон к ядру, чтобы произошло волшебство. В отличие от U-238, где просто доставить его не получится, здесь нужно еще и сообщить ядру кинетическую энергию нейтронов.

Как только мы это узнаем, становится ясно, что для нейтронов низких энергий длина волны де Бройля очень велика. Таким образом, сечение фактически определяется квантовым размером нейтрона, а не какой-либо другой динамикой, поэтому грубо о ≈ π λ г Б 2 ≈ 1 Е

все сечения захвата имеют такое поведение, kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_2.html
Посмотрите на рис. F по предоставленной вами ссылке, нейтронное сечение с ураном-238.
Да, есть порог для неделящихся. Именно «делящийся» имеет значение, как вы заявляете в своем ответе.

Энергетические собственные состояния конечного ядра (после захвата нейтрона) образуют полный набор. Это означает, что любую волновую функцию можно записать как суперпозицию этих состояний; в частности, мы можем выразить волновую функцию входящих нейтронов через эти состояния:

ψ я н ( Икс , т ) "=" ∑ н "=" 1 ∞ а н ( т ) ψ н ( Икс ) е я Е н т .

Допустим, нейтрон захватывается в момент времени Т . Коэффициенты а н ( Т ) соответствуют амплитудам вероятности того, что при измерении нейтрон окажется в связанном состоянии с энергией Е н .

Входящая кинетическая энергия нейтрона будет средней Е н ,

Е К я н е т я с "=" ∑ н | а н ( Т ) | 2 Е н ,

если эта поступающая энергия не равна в точности одному из энергетических уровней, проблемы нет; это просто означает, что существует конечная вероятность приземления на более высоких и более низких энергетических уровнях. Это явление иногда описывают как неопределенность в энергии.

Здесь есть небольшая проблема, потому что шансы таковы, что нейтрон подготовлен в каком-то состоянии с определенным импульсом, например е я п г который на самом деле не живет в нашем гильбертовом пространстве. Обойти это можно, аппроксимировав входящую волновую функцию следующим образом:

ψ я н "=" А е я п г е − р 2 / л 2 ,

и взять предел как л → ∞ в конце (это мотивировано теорией обобщенных функций).

@ Муравей, кажется, я понимаю, о чем ты сейчас спрашиваешь. Это помогает?
Да, так намного понятнее, спасибо. Впрочем, оставлю вопрос открытым до завтра. На всякий случай, если кто-то захочет что-то добавить.
Круто, я уверен, что эксперт в этой области может дать гораздо более подробное объяснение.
И еще одно, когда вы говорите: «Если эта поступающая энергия не равна в точности одному из энергетических уровней, то это не проблема; это просто означает, что существует конечная вероятность приземления на более высоких и более низких энергетических уровнях», не делайте этого. вы имеете в виду, что коэффициенты a_n(t) изменятся со временем так, что средняя кинетическая энергия E_Kinetic сможет отклоняться от поступающей?
Это конечно возможно, хотя и не обязательно. Я недостаточно знаю о ядерных потенциалах, чтобы точно сказать, как кинетическая энергия будет изменяться во времени (т.е. будет ли она постоянной). В случае, когда свободный электрон приближается к голому атомному ядру, входящая кинетическая энергия не будет такой же, как кинетическая энергия в какой-то более поздний момент времени; но кулоновская сила имеет большой радиус действия, в отличие от ядерной силы.
Спасибо. Но тогда, когда вы говорите: «Это просто означает, что существует конечная вероятность приземления на более высокие и более низкие энергетические уровни», откуда берется эта вероятность? просто принцип неопределенности?
Точнее, из-за неопределенности, с которой вы сталкиваетесь, например, здесь (уравнение 807) ? и вы не получаете этой неопределенности, когда энергия нейтрона увеличивается, потому что нейтроны едва видят возмущение короткодействующего потенциала, верно?
Это не отвечает на вопрос. ОП хочет знать причину высокого поперечного сечения при низких энергиях.
Почему сечения поглощения нейтронов высоки при низкой энергии падающего излучения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v