中子物理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第十三章第十三章 中子及中子探测中子及中子探测第1页13.1 中子分类与性质中子分类与性质1、中子中子分类分类2)中能中子:中能中子:1KeV0.5MeV。1)慢中子:慢中子:01KeV。包含冷中子、热包含冷中子、热中子、超热中子、共振中子。中子、超热中子、共振中子。3)快中子:快中子:0.5MeV10MeV。4)特快中子:特快中子:10MeV。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.第2页2、中子性质、中子性质质量:质量:mn1.008665u939.565300MeV/c2自旋:自旋:s
2、n1/2,费米子费米子电荷:电荷:0 0,中性粒子,中性粒子磁矩:磁矩:n1.913042 N中子寿命:中子寿命:发生发生 衰变半衰期衰变半衰期T1/2=10.60min第3页13.2 中子源中子源1)241Am-Be中子源中子源。属于属于(,n)型中子源。由型中子源。由241Am放射源放出放射源放出 粒粒子,打在子,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;第4页2)(,n)
3、型中子源型中子源。利用利用(,n)反应取得中子。反应取得中子。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铀元素。以自发裂变中子源为超铀元素。以252Cf(锎锎)最惯用。最惯用。1克克252Cf 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。第5页2、加速器中子源、加速器中子源能够在相当宽能区内取得能够在相当宽能区内取得单能中子源单能中子源。主要反应
4、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),反应就能,反应就能够有效进行,当够有效进行,当 90 时,就可得到能量分别时,就可得到能量分别为为2.5MeV和和14MeV单能中子单能中子。第6页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:第7页13.3 中子与物质相互作用中子与物质相互作用1.1.1.1.中子散射中子散射中子散射中子散射 1)弹性散射弹性散射 (n,n)中子与物质相互作用实质上是中子与物中子与物质相互作用实质上是
5、中子与物质靶核相互作用。质靶核相互作用。出射粒子仍为出射粒子仍为中子中子、剩下核仍为、剩下核仍为靶核靶核。出射中子动能:出射中子动能:第8页反冲核动能:反冲核动能:当反冲核为当反冲核为质子质子(氢核氢核)时,时,Mm,上式,上式变为:变为:当当 =0 时,时,反冲质子反冲质子能量最大,能量最大,Tp=Tn第9页 反冲质子反冲质子在在试验室座标系试验室座标系中中能量分布能量分布概率概率密度函数密度函数为:为:即对入射单能中子而言,试验室坐标系中,即对入射单能中子而言,试验室坐标系中,其其反冲质子反冲质子能量分布能量分布是一个是一个矩形矩形,最大能量为,最大能量为Tn,最小为,最小为零零。这个关系
6、可用于。这个关系可用于快中子能谱快中子能谱测测量。量。第10页2)非弹性散射非弹性散射(n,n)入入射射中中子子能能量量损损失失不不但但使使靶靶核核得得到到反反冲冲,且且使使靶靶核核处处于于激激发发态态。处处于于激激发发态态靶靶核核退退激激时时放放出出一一个个或或几几个个特特征征 光光子子,在在核核分分析析技技术术中中有有主要应用。主要应用。第11页2.2.2.2.中子俘获中子俘获中子俘获中子俘获1)中子中子辐射俘获辐射俘获(n,)中中子子射射入入靶靶核核后后与与靶靶核核形形成成一一个个复复合合核核,而而后后复复合合核核经经过过发发射射一一个个或或几几个个特特征征 光光子子跃跃迁迁到到基基态态
7、。这这些些特特征征 光光子子不不一一样样于于(n,n)特特征征 光光子子。因因为为这这些些 光光子子发发射射与与复复合合核核寿寿命命相相关关,普普通通很很快快,故故称称为为“中中子子感感生生瞬瞬发发 射射线线”,一样在核分析技术中有主要应用。,一样在核分析技术中有主要应用。复合核形成。复合核形成。当当发发生生(n,)反反应应后后,新新形形成成核核素素是是放放射射性性,就就是是常常说说“活活化化”,测测量量活活化化核核素素放放射射性性能能够够用用来来测测量量中中子子流流注注量量率率,区区分分中中子子能能量量范范围。围。第12页2)发射带电粒子中子核反应发射带电粒子中子核反应 如如(n,),(n,
8、p)等,这些反应在中子探测等,这些反应在中子探测中应用很多,成为中应用很多,成为探测中子探测中子主要伎俩主要伎俩。如如(n,2n),(n,np)等,这些反应阈能较高,等,这些反应阈能较高,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第13页13.4 中子探测基本方法中子探测基本方法中子探测特点:中子探测特点:中子探测特点:中子探测特点:1)中子为中子为中性粒子中性粒子,不能不能直接引发探测介质电离、直接引发探测介质电离、激发。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
9、生相互作用产生相互作用产生可被探测次级粒子可被探测次级粒子物质物质(辐射体辐射体),中子在辐射体上发生核反应、核反冲、核裂变,中子在辐射体上发生核反应、核反冲、核裂变等次级过程,产生等次级过程,产生带电带电次级粒子次级粒子,如,如,p,f 等,等,探测器统计这些次级粒子并输出信号。探测器统计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有较大作用截面作用截面,以取得较大中,以取得较大中子探测效率。子探测效率。第14页1.1.1.1.核反应法核反应法核反应法核反应法主要核反应有:主要核反应有:反应截面反应截面与与中子能量中子能量关系:关系:1/v规律规律,即随中子能量增加,反应截面减
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