Giả sử hạt nhân X lúc đầu đứng yên định luật bảo toàn xung lượng được viết là: (2-5)
Gọi θ là góc giữa các vân tốc của hạt đạn a và hạt bắn ra b. Ta có:
Giữa xung và động năng có biểu thức:
(2-6).
Hình 5-3
Nơtron.
1. LỊCH SỬ DẪN ĐẾN HẠT NƠTRON:
Dựđoán về thành phần cấu tạo hạt nhân gồm có hạt proton mang điện tích dương và một hạt nữa không mang điện đã được nhà vật lý học người Nga Ivanhencô nêu ra từ những năm 1930. Và mãi tới năm 1932, người ta mới xác nhận được sự tồn tại của hạt này thông qua việc nghiên cứu các phản ứng hạt nhân nhân tạo.
Lúc đầu hai nhà vật lý người Đức là Bôzơ và Bêchcơ (Botho - Becker), phát hiện thấy khi dùng chùn hạt αđể bắn phá các hạt nhân Bêrili thì thấy xuất hiện một tia không nhìn thấy có khả năng đâm xuyên cực mạnh mà lúc đầu tưởng là tia γ cứng (tia γ có năng lượng lớn) theo phản ứng:
(3-1)
Nhưng sau đó Iren và Giôlio Quiri lặp lại thí nghiệm trên và thấy tia phóng xạ này có thể làm bật ra những proton có năng lượng cỡ 6MeV và tầm bay tới 26cm trong không khí, khi đã cho tia này đi qua lớp paraphin. Hiện tượng này lúc đầu được giải thích bằng hiệu ứng Conpton. Nhưng dựa vào định luật bảo toàn năng lượng dễ dàng nhận ra được, phản ứng này không thoả mãn định luật bảo toàn năng lượng.
Cũng năm 1932 Chartrich đã đưa ra dụđoán là trong phản ứng trên dã sinh ra một hạt không mang điện, và có khối lượng gần bằng với khối lượng của proton và ônh đã đặt tên cho nó là hạt nơtron(kí hiệu ). Vì vậy phương trình phản ưng trên được viết lại như sau:
(3-2)
Theo định luật bảo toàn năng-khối lượng, phản ứng trên cho thấy nơtron được giải phóng ra với năng lượng cỡ 6MeV và sau đó va chạm với proton chứa trong paraphin, truyền toàn bộ năng lượng của nó cho proton: Giả thuyết hoàn toàn phù hợp với kết quả thực nghiệm.
Sự phát hiện ra nơtron đã làm hoàn thiện về lí thuyết thành phần cấu tạo hạt nhân. Vai trò của nơtron cũng tương đương như proton bên trong hạt nhân với ý nghĩa là một thành phần của hạt nhân: hạt nuclon.
2.SẢN SINH RA NƠTRON:
Ngày nay đã có nhiều phương pháp thu được nơtron. Phương pháp đơn giản nhất là dùng nguồn Ra-Be dưới dạng hỗn hợp. Các hạt a phóng xạ từ Radi va chạm với Be của hỗn hợp tạo thành phản ứng và các nơtron với một dải năng lượng rộng sẻđược phát ra.
Một phản ứng quang hạt nhan cũng có thể cho ta nơtron. Thí dụ phản ứng: . Để phản ứng có thể xảy ra, năng lượng của phôton tới phải lớn hơn 1,76MeV ; có thể sử dụng các tia γ phát xạ từ các chất phóng xạ tự nhiên hoặc nhân tạo để phản ứng này.
Nơtron cũng có thểđược tạo ra từ các phản ứng phấn phá các hạt nhân bia khác nhau bằng các hạt đạn mang điện như p,d được tăng tốc nhờ các máy gia tốc mạnh. Các phản ứng như vậy đặc biệt có lợi khi dùng là nguồn nơtron vì nơtron tạo thành trong trường hợp này là đơn năng. Một phản ứng điễn hình là dùng hạt đơton tăng tốc để bắn phá vào bia Triti:
(3-3)
Đây là phản ứng được dùng trong các máy phát nơtron hiện đại.Phản ứng này thuộc loại toả năng lượng với Q=17,6MeV.
Một cách thu nơtron có năng lượng rất cao còn đơn giản hơn là thực hiện mộ va chạm trực diện giữa proton có năng lượng cực lớn và một nơtron đơn độc trong một hạt nhân bia. Chắng hạn khi cho proton có năng lượng 2MeV đập vào một bia, các nơtron có cùng năng lượng bật ra theo phía trước vì proton đã truyền năng lượng và xung lượng của nó cho proton.
Và nguồn cung cấp tốt nhất cho nơtron có mật độ rất lớn là lò phản ứng hạt nhân hoạt động theo nguyên lí của hiện tượng phân hạch.
3.PHÁT HIỆN RA NƠTRON
Nơtron là hạt không mang điện nên việc phát hiện ra nó phải sử dụng
phương pháp gián tiếp, đó là phải từ nơtron phải tạo ra hạt mang điện, các hạn mang điện này sẽđược phát hiện ra dể dàng hơn. Và đó là nguyên tắc hoạt động của ống đếm nơtron. Óng đếm nơtron. Ống đếm tỷ lệ là ống đếm chứa đầy hốn hợp hơi Bo, hoặc là hợp chất rắn của Bo. Khi nơtron đi vào ống đếm này, trong ống đếm sinh ra phản ứng và sự ion hoá do hạt a gây ra đươch ghi nhận.
Va chạm giữa hạt nơtron và một hạt nhẹ mang điện, như là proton, cũng có thể làm cơ sở cho việc phát hiện ra nơtron.
Các phương pháp khác để phát hiện nơtron là dựa vào sự phóng xạ của phản ứng bắt bức xạ nơtron. Thí dụ nơtron bị hạt nhân bắt theo phản ứng.
(3-4) Hạt nhân đồng vị sau đó phân rã β-.
Hoạt độ phóng xạβ- có thể phát hiện và đo được, nếu tiết diện bắt (σ), bề dầy kim loại, thời gian và hằng số phân rã dều đã biết thì có thể tính được dòng nơtron.