09中子及其探测.ppt

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1、第十三章中子及中子探测113.1中子的性质与分类1、中子的性质质量：mn＝1.008665u＝939.565300MeV/c2自旋：sn＝1/2,费米子电荷：0，中性粒子磁矩：n＝－1.913042N中子寿命：发生－衰变的半衰期T1/2=10.60min22、中子的分类2)中能中子：1keV～0.5MeV。1)慢中子：0～1keV。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。3)快中子：0.5MeV～10MeV。4)特快中子：>10MeV。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s.313.2中子源1)241Am-Be中子源。属于(

2、,n)型中子源。由241Am放射源放出的粒子，打在9Be上发生反应，产生中子。性能：中子产额——2.2×106/s.CiT1/2＝433年；1、同位素中子源中子能量为0.1~11.2MeV，平均5MeV；n/比(中子强度比)为10:1；42)(,n)型中子源。利用(,n)反应获得中子。优点：中子能量单一；缺点：中子产额低，装置体积大，寿命短。常用24Na的2.74MeV的γ射线。24Na-9Be：中子能量：0.97MeV半衰期：15小时53)自发裂变中子源252Cf中子源：中子产额：2.32×106n/sμg半衰期：2.66年中子平均能量：2.13MeV伴随有较强的γ射线，γ

3、发射率：1.3×107/sμg超钚元素中的某些核素在发生自发裂变时会放出中子，形成中子源，以252Cf(锎)最常用。6同位素源的特点优点：体积小，占地面积小能够在恶劣的工况下使用缺点：产额很难做得很高中子的产额会随着半衰期而衰减总是伴随有较强的γ射线时刻存在辐射，对运输、安装和维护带来严重的防护问题72、加速器中子源可以在相当宽的能区内获得单能中子源。主要反应：对放能反应，如2H(d,n)3He，3H(d,n)4He，当入射氘核能量不高时(Td200keV)，反应就可以有效进行，当＝90时，就可得到能量分别为~2.5MeV和~14MeV的单能中子。8中子发生器（D,D），（D,T

4、）反应（D,D）反应比（D,T）反应的截面小约2个量级。一般常用的是（D,T）中子发生器。产额多在108n/s。寿命：几十到几千小时用途：石油测井、在线元素分析93、反应堆中子源宽中子能量：0.001eV~十几MeV高中子注量率：对核物理实验、核技术应用具有很大价值。CARR（401）不利于在工业中的实用104、散裂中子源散裂，spallation，指的是高能(~GeV)粒子(p,n…)与原子核（尤其是重原子核）发生的一系列复杂反应。W.H.SullivanandG.T.Seaborgcoinedthetermin1947todescribethephenomenon,whichwas

5、alreadyquitewellknown,inwhichthetargetemitsafairlylargenumberofneutronsinamultiple-collisionprocess.早期发现的散裂过程来源于外太阳系的高能质子（～1－10GeV），这导致了在大气中产生的中子。在实验室中，由此导致的中子注量率~10-4-10-3n/cm2sec.散裂中子源(spallationneutronsource)p+184WA*+B*+xn,~2011散裂的过程入射质子及其次级粒子(n,p,…)激发重原子核，后者通过“蒸发”出中子来消耗能量大多数中子是各向同性出射的。其能

6、谱与裂变中子的能谱类似，平均能量为2-3MeV有小部分（百分之几）的中子是被入射的质子直接被碰撞出来的即使是非裂变核，如W，Pb和Hg，GeV的质子仍可提供足够的能量使之发生分裂。除去分裂之外，其它的反应过程都是吸热的。相当一部分入射质子的能量消耗在中子的分离能上。约6MeV/中子，动能为2-3MeV/neutron。129MeV电子打靶9MeV电子加速器X射线能谱在X射线检测过程中，电子加速器产生的大量X射线只有极小一部分被用于成像。其它大多数都被当作“废物”而屏蔽掉了。X射线的角分布利用（γ,n）反应，可以将这些没有用到的X射线利用起来，使之转化为光中子，从而可以用于中子技术分析。

7、5、加速器光中子源13光中子源可以实现>1011n/s的中子产额。相当于：～4.5×104Ci241Am-Be中子源～105μg252Cf中子源～103只中子发生器的产额重水(γ,fission)反应也可用于中子的产生中子能量为裂变中子，相对于光中子能量更高截面更大，为几百mb1413.3中子与物质的相互作用1.中子的散射1)弹性散射(n,n)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。出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。出射中子的动