Диффузия нейтронов
Диффу́зия нейтро́нов, процесс распространения нейтронов в рассеивающей среде, сопровождающийся многократным изменением направления и скорости их движения в результате столкновений с атомными ядрами. Плотность потока нейтронов в точке, задаваемой радиус-вектором , в момент времени пропорциональна градиенту плотности нейтронов где – коэффициент диффузии, ( – скорость нейтрона), – длина свободного пробега между двумя столкновениями с атомами среды ( – плотность атомов, – транспортное сечение рассеяния). Для тепловых нейтронов с м/с при барн коэффициент диффузии м2/c.
Вследствие диффузии нейтроны из областей с повышенной плотностью перетекают в область с меньшей плотностью. Число частиц в точке при отсутствии поглощения и рождения нейтронов изменяется во времени только вследствие оттока или притока нейтронов в эту область, т. е. по закону который приводит к уравнению диффузии . При наличии поглощения в среде вводится время жизни нейтрона в среде до поглощения, где σa – сечение поглощения нейтрона ядром атома. Уравнение диффузии в этом случае принимает вид При наличии источников нейтронов правая часть уравнения содержит также слагаемое, характеризующее скорость рождения нейтронов. В тех случаях, когда плотность нейтронов не зависит от времени, используется стационарная форма уравнения диффузии , где – т. н. длина диффузии, характерное расстояние, которое нейтрон при случайном блуждании пробегает до поглощения. Диффузионное описание распространения нейтронов в среде справедливо только при .
Диффузия нейтронов используется в экспериментальной физике (например, для исследования структуры веществ), играет существенную роль при конструировании и работе ядерных реакторов. Уравнение диффузии позволяет рассчитать плотность нейтронов внутри активной зоны ядерного реактора, её изменение при наличии замедлителя и отражателей, поток нейтронов с поверхности замедлителя, отражение и пропускание нейтронов конструкциями биологической защиты.