第八章 中子及中子 探测

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1、8.1 1、中子的中子的分类分类包括冷中子、热包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。中子、超热中子、共振中子。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为能量为0.0253eV，中子速度，中子速度2.2103m/s.2、中子的性质、中子的性质mn1.008665u939.565300MeV/c2sn1/2, 费米子费米子0 0，中性粒子，中性粒子 n1.913042 N发生发生 衰变的半衰期衰变的半衰期T1/2=10.60min1) 241Am-Be中子源中子源。属于属于( ,n)型中子源。由型中子源。由241Am放射源放出的放射源放出的 粒粒子，打在子

2、，打在Be上发生反应，产生中子。上发生反应，产生中子。性能：性能：中子产额中子产额2.2106/s.CiT1/2433年；年；1、同位素中子源同位素中子源nCBe 129 中子能量为中子能量为0.111.2MeV，平均，平均5MeV；n/ 比比(中子中子 强度比强度比)为为10:1；2) ( ,n)型中子源型中子源。利用利用( ,n)反应获得中子。反应获得中子。优点优点：中子能量单一；：中子能量单一；缺点缺点：中子产额低，装置体积大。：中子产额低，装置体积大。3) 自发裂变中子源自发裂变中子源自发裂变中子源为超环元素。以自发裂变中子源为超环元素。以252Cf (锎锎)最常用。最常用。1克克25

3、2Cf 发射中子率为发射中子率为2.311013个个中子。半衰期：中子。半衰期：T1/2(自发裂变自发裂变)85.5a，T1/2( 衰变衰变)2.64a。中子平均能量为。中子平均能量为2.2MeV。2、加速器中子源、加速器中子源可以在相当宽的能区内获得可以在相当宽的能区内获得单能中子源单能中子源。主要反应主要反应：对对放能反应放能反应，如，如2H(d,n)3He，3H(d,n)4He，当入，当入射氘核能量不高时射氘核能量不高时( Td 200KeV )，反应就可以，反应就可以有效进行，当有效进行，当 90 时，就可得到能量分别为时，就可得到能量分别为2.5MeV和和14MeV的的单能中子单能中

4、子。HendH32),(MeVQ269. 3 MeVEn5 . 2 HendH43),(MeVQ59.17 MeVEn14 3、反应堆中子源、反应堆中子源宽中子能量：宽中子能量：0.001eV十几十几MeV高中子注量率：高中子注量率：21610/1010cms 1. 1. 中子的散射中子的散射 1) 弹性散射弹性散射 (n,n)222222sincos)( mMmMmTTnn 中子与物质的相互作用实质上是中子与中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用。物质的靶核的相互作用。出射粒子仍为出射粒子仍为中子中子、剩余核仍为、剩余核仍为靶核靶核。出射中子的动能：出射中子的动能：反冲核的动

5、能：反冲核的动能：当反冲核为当反冲核为质子质子(氢核氢核)时，时，Mm，上式变，上式变为：为：当当 = 0 时，时，反冲质子反冲质子能量最大，能量最大，Tp = Tn 22cos)(4nMTmMmMT 2cosnpTT 反冲质子反冲质子在在实验室座标系实验室座标系中的中的能量分布能量分布的的概率密度函数概率密度函数为：为：npTTP1)( 即对入射的单能中子而言，实验室坐标系即对入射的单能中子而言，实验室坐标系中，其中，其反冲质子反冲质子的的能量分布能量分布是一个是一个矩形矩形，最大，最大能量为能量为Tn，最小为，最小为零零。这个关系可用于。这个关系可用于快中子快中子能谱能谱测量。测量。pT)

6、(pTPnT/10nT2) 非弹性散射非弹性散射 (n,n ) 入射中子的能量损失不仅使靶核得到入射中子的能量损失不仅使靶核得到反冲反冲，且使靶核处于且使靶核处于激发态激发态。处于激发态的靶核退激。处于激发态的靶核退激时放出一个或几个时放出一个或几个特征特征 光子光子，在，在核分析技术核分析技术中有重要的应用。中有重要的应用。2. 2. 中子的俘获中子的俘获1) 中子的中子的辐射俘获辐射俘获 (n, ) 中子射入靶核后与靶核形成一个中子射入靶核后与靶核形成一个复合核复合核，而后而后复合核复合核通过发射一个或几个通过发射一个或几个特征特征 光子光子跃迁跃迁到基态。这些特征到基态。这些特征 光子光

7、子不同于不同于 (n,n ) 的特征的特征 光子。由于这些光子。由于这些 光子的发射与复合核的寿光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为命相关，一般很快，故称为“中子感生瞬发中子感生瞬发 射射线线”，同样在核分析技术中有重要的应用。，同样在核分析技术中有重要的应用。复合核的形成。复合核的形成。 当发生当发生(n, )反应后，反应后，新形成的核素新形成的核素是是放射放射性的性的，就是常说的，就是常说的“活化活化”，测量活化核素的，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的注量率，区分中放射性可以用来测量中子流的注量率，区分中子的能量范围。子的能量范围。2) 发射带电粒子的中子核反应发射带电粒

8、子的中子核反应 如如(n, )，(n,p)等，这些反应在中子探测中等，这些反应在中子探测中应用很多，成为应用很多，成为探测中子的探测中子的。 如如(n,2n)，(n,np)等，这些反应的阈能较高，等，这些反应的阈能较高，在在810MeV以上，只有特快中子才能发生。以上，只有特快中子才能发生。3) 裂变反应裂变反应 (n,f)4) 多粒子发射多粒子发射中子探测的特点：中子探测的特点：1) 中子为中子为中性粒子中性粒子，不能不能直接引起探测介质的电直接引起探测介质的电离、激发。离、激发。2) 在探测器或探测介质内必须具备能同中子发生在探测器或探测介质内必须具备能同中子发生相互作用产生相互作用产生可

9、被探测的次级粒子可被探测的次级粒子的物质的物质()，中子在辐射体上发生核反应、核反冲、核，中子在辐射体上发生核反应、核反冲、核裂变等次级过程，产生裂变等次级过程，产生带电的带电的次级粒子次级粒子，如，如 ，p，f 等，探测器记录这些次级粒子并输出信号。等，探测器记录这些次级粒子并输出信号。3) 中子与中子与辐射体辐射体有较大的有较大的作用截面作用截面，以获得较，以获得较大的中子探测效率。大的中子探测效率。1. 1. 核反应法核反应法主要的核反应有：主要的核反应有：MeVLiBn792. 2710 MeVHeLin786. 436 MeVHpHen764. 033 228010113841m 2