第6章_射线与物质的相互作用.ppt

* 4. 中间过程 中子与靶核发生反应时，在直接作用和复核之间还存在着一个中间过程，这是中子与靶核形成的复合系统在达到统计平衡之前的状态，此时它仍可以发射粒子。 * 不同的反应产物 弹性散射(n，n) 势弹性散射和共振弹性散射。系统的动能和剩核的能级状态都不发生变化。 非弹性散射(n，n`) 复核的非弹性散射和直接作用的直接非弹性散射。系统的动能减小，同时剩核处于激发能级。剩核在退激的时候，发出γ光子。 * 辐射俘获(n, γ) 复核的辐射俘获和直接作用的直接俘获。系统的部分动能和中子结合能转化为γ光子的能量，剩核发出γ光子之后，从激发态跃迁到基态。辐射俘获γ的最大能量为： 其中En为入射中子的动能，Bn为中子与靶核的结合能。 当入射中子的能量不同时，辐射俘获放出γ光子的能量也不相同。但是当中子处于慢中子和热中子能区的时候，由于很小，因此辐射俘获γ的能量可以认为与中子能量无关。 * 放出带电粒子的反应(n，c) 复核的放出带电粒子反应与直接作用的拾取反应、敲出反应和电荷交换反应。 系统动能改变，放出带电粒子。 发射多粒子反应(n,2n) 复核的发射多粒子反应与直接作用的拾取反应和敲出反应。系统动能减小，放出2个或者更多的中子。 裂变(n，f) 靶核与中子形成的复核分裂为几个中等质量的原子核。 * 中子与原子核的反应截面 * 探测中子的基本方法： 核反应法 核反冲法 核裂变法 活化法 * 一. 核反应法 利用中子产生的发射带电粒子核反应，记录带电粒子引起的电离现象就可以探测中子。 主要探测器中子的强度，也可探测快中子的能谱。 能利用的发射带电粒子核反应需要反应截面较大。 1、 ? 天然硼中10B的含量为19.8%，易浓缩，应用最广。 * 反应能最大，有利于区分中子与?信号。 天然锂中6Li的含量为7.5%，高浓缩锂价格昂贵。 2、 反应截面很大； 反应能较小，不利于区分中子和?信号； 天然氦中3He的含量很低，只有1.4?10?4 %。 3、 * 三种核素截面与能量的关系 得到截面的1/v定律： * 二. 核反冲法 在弹性散射中： 中子的能量和方向发生改变； 原子核获得一定的动能，不改变内部状态，叫做反冲核。 反冲核是运动的带电粒子。 通过记录带电粒子来探测中子，叫做核反冲法。 核反冲法主要用于快中子探测。 单位时间单位面积内的反冲核数目： E N n E? * 当中子能量E30MeV时， 当反冲核为质子时 由动量守恒关系，在一次反冲中，反冲角度范围： 什么样的核能够最有效地吸收中子的能量？ 当? = 0?时， 当? = 10?时， * 为了慢化中子 常选用石蜡、聚乙烯、水等含H的材料作为中子慢化剂； 石墨也常作为慢化剂，因为中子吸收截面小 选用轻核作为中子探测器和靶材料 如塑料闪烁体、有机液体闪烁体等。 为了探测中子 2MeV→热中子所需要的碰撞次数 * 反冲核的选择： 轻核反冲动能大； 弹性散射截面大； 截面与中子能量的变化关系平滑； 反冲核的角分布函数简单。 * 当? = 0?时， Ep=E ； 当? = 90?时，Ep=0 。 单能中子入射时的反冲质子能谱分布： 实际测量中可从反冲质子能谱推得中子能谱。 Ep E P(Ep) 1/E 0 Ep处的反冲质子能谱值是Ep? Emax的中子产生的反冲质子能谱的叠加。 Ep Emax * 三. 核裂变法 中子与重核作用，诱发核裂变； 裂变碎片是重带电粒子； 探测裂变碎片就探测了中子。 入射中子能量一般都远远小于裂变能(~200MeV)； 所以核裂变法不能测量中子能量，只能测量中子通量。 * 常用阈探测器材料裂变截面 许多重核只有当中子能量大于阈值时才发生裂变。 可以用一系列不同阈值的裂变元素来判断中子能量，叫做阈探测器。 裂变材料 热中子截面/mb 阈值/MeV 3MeV截面/b 232Th 0.2 1.3 0.19 231Pa 10 0.5 1.1 238U 0.5 1.5 0.55 * 四. 活化法 中子与原子核形成处于激发态的复合核； 复合核通过发射?光子退激到基态； 这种过程叫做辐射俘获，用(n, ?)表示。 辐射俘获是一种普遍的核反应，如： 辐射俘获形成的新核素一般都是不稳定的： 辐射俘获产生的放射性叫做感生放射性， 感生放射性强度与中子强度有关。 * 中子探测基本方法小结 方 法 相互作用 所用材料 截面/b 用 途 核反应法 (n, d)(n, p) 10B 6Li 3He ~1000 热/慢中子 通量 核反冲法 (n, n) H ~1 快中子能量 核裂变法 (n, f ) 235U 239Pu 阈值238U等 ~500 ~1 热中子通量 活 化 法 (n, ?) In,