射線與物質(zhì)的相互作用

§4.1概述§4.2α粒子與物質(zhì)的相互作用§4.3β射線與物質(zhì)的相互作用§4.4射線與物質(zhì)的相互作用§4.5射線在物質(zhì)中的衰減§4.6中子與物質(zhì)的相互作用本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分

***第4.6節(jié)中子與物質(zhì)的相互作用本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分一、中子的基本性質(zhì)與分類（一）中子的基本性質(zhì)

中子存在于除氫以外的所有原子核中，是構(gòu)成原子核的重要組分。

自由中子是不穩(wěn)定的。一個(gè)自由中子會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子(粒子)和一個(gè)反中微子，并釋放出0.782MeV的能量。自由中子的不穩(wěn)定性反映中子的靜止質(zhì)量稍大于氫原子質(zhì)量。mn＝1.0086649u＝939.565300MeV/c2mH＝1.007825u＝938.7830MeV/c2因此貯存自由中子是不可能的。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分

中子的壽命：自由中子(發(fā)生－衰變)的半衰期為T1/2=10.60min

中子的電荷：中子總體是電中性（不帶電），是中性粒子。

中子具有強(qiáng)的穿透能力：中子與物質(zhì)中原子的電子相互作用很小，基本上不會(huì)因使原子電離和激發(fā)而損失其能量，因而比相同能量的帶電粒子具有強(qiáng)得多的穿透能力。

中子在物質(zhì)中損失能量的主要機(jī)制是與原子核發(fā)生碰撞。產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：中子的探測(cè)（通過(guò)與靶核反應(yīng)或散射產(chǎn)生的帶電粒子的測(cè)量得到中子能量信息）和對(duì)中子的屏蔽及防護(hù)。（后續(xù)課程要解決的問(wèn)題）本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（二）中子的分類慢中子：E<1KeV包括冷中子、熱中子、超熱中子、共振中子。其中：熱中子的能量約為0.0253eV，與吸收物質(zhì)原子處于熱平衡狀態(tài)，中子速度~2.2×103m/s。中能中子：E的范圍1KeV~0.5MeV；快中子：E的范圍0.5MeV~10MeV；特快中子：E>10MeV；本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分二、中子源為了研究中子與物質(zhì)相互作用以及它們?cè)趯?shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，首先必須要有能夠滿足不同要求的中子源以產(chǎn)生所需的中子。中子源的分類：加速器中子源反應(yīng)堆中子源放射性中子源性能更好，多用性強(qiáng)，特別是加速器中子源可實(shí)現(xiàn)便攜式，使用方便，適合野外及現(xiàn)場(chǎng)使用本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（一）加速器中子源加速器中子源是利用各種帶電粒子加速器去加速某些粒子(帶電粒子)，如質(zhì)子和氘等，用它們?nèi)マZ擊靶原子核產(chǎn)生中子。含義：這種中子源的特點(diǎn)是可以在較廣闊的能區(qū)內(nèi)獲得強(qiáng)度適中、能量單一的中子束流。特點(diǎn)：在低能加速器上用來(lái)產(chǎn)生(0~20)MeV單能中子的核反應(yīng)：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分都是放熱反應(yīng)(Q>0)，它們發(fā)射中子的能量為：式中：Ed是入射氘核的動(dòng)能，mn，md和mB分別是中子、入射氘核和剩余核的質(zhì)量，Q是反應(yīng)能，θ為中子的出射角。可見(jiàn)：中子的能量不僅和入射氘的動(dòng)能Ed有關(guān)，而且和中子的出射角θ有關(guān)。兩個(gè)反應(yīng)截面隨入射粒子能量的變化如下圖所示：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分兩種反應(yīng)都會(huì)因?yàn)殡似屏旬a(chǎn)生的破裂中子而受到干擾，限制了能夠產(chǎn)生單能中子的能區(qū)。競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)過(guò)程T(d,np)T和D(d,np)D的閾能分別為3.71MeV和4.45MeV。是吸熱反應(yīng)(Q<0)；反應(yīng)：只能得到(120~600)KeV的單能中子，其截面隨能量Ep(1.92~2.4MeV)的變化如右圖所示：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分是吸熱反應(yīng)(Q<0)；反應(yīng)：在θ=0°方向上，可獲得(0.29~7.5)MeV的單能中子，其截面隨Ep能量的變化如右圖所示：利用數(shù)百M(fèi)eV的脈沖強(qiáng)流電子束或質(zhì)子束轟擊238U等重靶，可以產(chǎn)生具有連續(xù)能譜的強(qiáng)中子源（稱“白光”中子源）。強(qiáng)中子源：結(jié)合飛行時(shí)間技術(shù)（飛行距離200m或更長(zhǎng)）可以一次實(shí)驗(yàn)獲得寬廣能區(qū)內(nèi)不同單能點(diǎn)的中子反應(yīng)截面曲線。與單能中子源相比，不僅效率高、能區(qū)全，而且系統(tǒng)誤差小。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分散裂中子源(SNS,SpallationNeutronSource)散裂中子源是目前世界上研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)最重要的科學(xué)設(shè)施之一。它能產(chǎn)生比核反應(yīng)堆強(qiáng)10~100倍的有效中子束流，將其射入被研究的樣品，就可以測(cè)定物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究物理、化學(xué)性質(zhì)和變化規(guī)律。工作原理——質(zhì)子通過(guò)大型加速器獲得高能量后，轟擊重元素靶(如：鉛、鎢、鈾、釷靶)，重靶的原子核不穩(wěn)定而發(fā)生散裂反應(yīng)，從而中子從原子核內(nèi)發(fā)射出來(lái)，每個(gè)高能量的質(zhì)子可以使靶核發(fā)出20~30個(gè)中子，瞬間就會(huì)形成非常強(qiáng)的中子束流。散裂中子源能提供的中子能譜更加寬廣，它可以提供從eV~幾百M(fèi)eV寬廣能區(qū)的中子，大大地?cái)U(kuò)展了中子科學(xué)研究的范圍，拓深了中子科學(xué)研究的領(lǐng)域。中子慢化后與樣品發(fā)生散射，由中子散射譜儀接收?？蒲腥藛T則利用中子譜儀研究樣品最本質(zhì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分中國(guó)散裂中子源(CSNS,ChinaSpallationNeutronSource)目前，世界上正在運(yùn)行的三大散裂中子源包括英國(guó)盧瑟福實(shí)驗(yàn)室散裂中子源、美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室散裂中子源和日本原子能研究機(jī)構(gòu)散裂中子源。中國(guó)散裂中子源于2011年10月20日在廣東省東莞市奠基，其建成后，將成為發(fā)展中國(guó)家的第一臺(tái)散裂中子源，并與正在運(yùn)行的美國(guó)、日本、英國(guó)散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大脈沖式散裂中子源。英國(guó)散裂中子源已成功運(yùn)行超過(guò)25年，獲得大量成果。日本散裂中子源造價(jià)17億美元，其用戶增長(zhǎng)極為迅速，正在醞釀建設(shè)新的2兆瓦的散裂中子源。美國(guó)散裂中子源造價(jià)14億美元，設(shè)計(jì)束流功率1.4兆瓦，目前穩(wěn)定運(yùn)行在900千瓦，2006年產(chǎn)生中子，還依托散裂中子源建立納米材料科學(xué)中心?？偼顿Y16.7億元人民幣，加速器采用低能直線加速器+高能快循環(huán)同步加速器的方案，可以節(jié)省投資、易于升級(jí)；散裂中子源建在地下5米的隧道內(nèi)，周圍用很厚的鋼筋混凝土墻來(lái)屏蔽輻射；在屏蔽外，劑量水平遠(yuǎn)低于天然宇宙線產(chǎn)生的照射。只要加速器一停機(jī)，這種瞬發(fā)輻射隨即消失。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（二）反應(yīng)堆中子源反應(yīng)堆中子源是利用重核裂變，在反應(yīng)堆內(nèi)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不斷地產(chǎn)生大量的中子。含義：特點(diǎn)：反應(yīng)堆中子源的特點(diǎn)是中子注量率大，能譜形狀比較復(fù)雜。中子注量率(fluencerate)：每秒(dt)進(jìn)入某一截面的單位面積(da)的中子數(shù)(dN)，表述為：反應(yīng)堆中子源是一個(gè)體中子源，它的強(qiáng)度不宜用總的中子數(shù)來(lái)描述，而是采用中子注量率來(lái)表示。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分高中子注量率：產(chǎn)生中子的能量范圍寬：0.001eV~十幾MeV右圖給出一個(gè)熱中子反應(yīng)堆內(nèi)所測(cè)得的中子能譜：總的來(lái)說(shuō)，一個(gè)反應(yīng)堆內(nèi)的中子能譜是復(fù)雜的，為了從反應(yīng)堆中得到單能中子，一般利用晶體單色器、過(guò)濾器和機(jī)械轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)置加以獲取。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（三）放射性（同位素）中子源放射性中子源是利用放射性核素衰變時(shí)放出的射線，去轟擊某些輕靶發(fā)生(α,n)和(γ,n)反應(yīng)，而放出中子的裝置。也可直接利用超鈾原子核自發(fā)裂變中放出的中子作為自發(fā)裂變中子源。含義：1、(α,n)反應(yīng)中子源常用的(α,n)反應(yīng)中子源，是將鈾系重核210Po、226Ra，及239Pu，241Am等α發(fā)射體粉末均勻、緊密地與鈹粉(Be粉)相混合并壓緊后密封在金屬容器內(nèi)制成，通過(guò)如下放熱核反應(yīng)而產(chǎn)生中子：下表給出常用的幾種(α,n)放射性中子源的性質(zhì)：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分以241Am為例進(jìn)行說(shuō)明：由241Am放射源放出的粒子，打在Be上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子。性能：中子產(chǎn)額——2.2×106Ci/s；T1/2＝433年（半衰期長(zhǎng)，因此源的中子強(qiáng)度不變）；中子能量為0.1~11.2MeV，平均5MeV；n/比(中子強(qiáng)度比)為10:1（241Am源放出的γ本底干擾小）本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分2、(γ,n)反應(yīng)中子源(γ,n)反應(yīng)都是吸熱的。用這種光中子源產(chǎn)生中子的主要特點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)：中子能量單一；可以提供從20KeV~1MeV之間某些能量點(diǎn)的單能中子。缺點(diǎn)：中子產(chǎn)額低，裝置體積大。利用中子結(jié)合能很低的9Be和D作靶核與γ射線發(fā)生作用：目前用得較多的例如：124Sb-9Be(銻-鈹)(T1/2=60.20d)，24Na-D(鈉-氘)，24Na-9Be

(鈉-鈹)

(T1/2=15.02h)光中子源分別提供24KeV，0.264MeV和0.97MeV的單能中子。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分3、自發(fā)裂變中子源自發(fā)裂變中子源為超鈾元素(Z>92)。以252Cf

(锎)(Z=98)最常用。1克252Cf

每秒放出2.31×1012個(gè)中子（即中子產(chǎn)額為2.31×1012s-1·g-1）。同時(shí)經(jīng)α衰變發(fā)出的γ射線平均能量為0.8MeV，數(shù)目為1.3×1013個(gè)。兩種射線數(shù)目的比值是一個(gè)定值。

252Cf同時(shí)具有α衰變和自發(fā)裂變兩種衰變方式。經(jīng)α衰變放出的γ光子的分支比占96.9%，自發(fā)裂變產(chǎn)生中子的分支比占3.1%，有效半衰期為2.64a，中子平均能量為2.2MeV。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分三、中子和物質(zhì)的相互作用

中子與物質(zhì)的相互作用實(shí)質(zhì)上是中子與物質(zhì)的靶核的相互作用。中子因不帶電，能進(jìn)入核內(nèi)組成復(fù)合核。復(fù)合核的壽命很短，它很快放出中子，γ光子或其他帶電粒子，甚至核裂變。中子與物質(zhì)相互作用的基本特點(diǎn)：作用對(duì)象：原子核作用方式：各種核反應(yīng)主要核反應(yīng)形式彈性散射(n,n)非彈性散射(n,n’)輻射俘獲(n,γ)核裂變反應(yīng)(n,f)帶電粒子發(fā)射(n,α),(n,p)多粒子發(fā)射(n,2n),(n,np)當(dāng)中子能量不同，原子核質(zhì)量不同時(shí)，產(chǎn)生的主要作用形式也不同。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（一）彈性散射(n,n)Hnnp電離n中子與靶核碰撞過(guò)程中，動(dòng)能、動(dòng)量守恒，靶核的能級(jí)狀態(tài)沒(méi)有改變。相當(dāng)于兩個(gè)彈性球的碰撞過(guò)程。碰撞后，中子的能量和運(yùn)動(dòng)方向均有所改變。中子的彈性散射更易于發(fā)生在與質(zhì)量數(shù)較小的原子核的碰撞過(guò)程中。彈性散射是反應(yīng)堆中，特別是熱中子反應(yīng)堆中的一種主要中子核反應(yīng)類型。熱中子反應(yīng)堆中主要是熱中子引發(fā)裂變。中子從快中子到熱中子的過(guò)程主要是依靠與輕核的彈性碰撞而損失能量。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分中子的動(dòng)能損失或反沖核獲得的能量為：EM—反沖核的動(dòng)能；En，En’—分別為碰撞前、后中子的動(dòng)能；M—反沖核質(zhì)量；m—中子質(zhì)量；φ—實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中反沖核的反沖角。式中：從上式可以看出，原子核的質(zhì)量越小，在彈性散射過(guò)程中，中子損失的能量或原子核得到的反沖動(dòng)能越大。當(dāng)=0時(shí)，反沖質(zhì)子能量最大，Ep=En當(dāng)反沖核為質(zhì)子(氫核)時(shí)，M＝m，上式變?yōu)椋禾綔y(cè)中子的重要途徑：探測(cè)散射產(chǎn)生的反沖核獲取中子信息。對(duì)反沖質(zhì)子，測(cè)量其能量Ep和反沖角即可得到中子能量En。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（二）非彈性散射(n,n’)

中子與靶核的碰撞過(guò)程，類似于彈性散射，但是靶核的能級(jí)狀態(tài)有所升高。碰撞后，中子的能量和運(yùn)動(dòng)方向均有所改變，伴隨著靶核的γ衰變。高能中子與重核的散射反應(yīng)主要是非彈性散射。中子與原子核發(fā)生非彈性散射，實(shí)際上包括兩個(gè)過(guò)程：首先是中子被原子核吸收，形成一個(gè)復(fù)合核。但這個(gè)復(fù)合核不是處于穩(wěn)定的基態(tài)，而是處于激發(fā)態(tài)。很快它就會(huì)又放出一個(gè)中子，并且放出γ射線，回到穩(wěn)定的基態(tài)。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分非彈性散射的反應(yīng)式可以表示如下：非彈性散射的中子能量存在閾值：

在非彈性散射時(shí)，中子損失的能量較彈性散射時(shí)大。

非彈性散射有閾值：Eγ—放出的γ射線能量；式中：M—反沖核質(zhì)量；m—中子質(zhì)量；只有當(dāng)中子能量超過(guò)閾值時(shí)，非彈性散射才能發(fā)生。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（三）輻射俘獲(n,γ)

中子進(jìn)入原子核，被吸收后形成復(fù)合核。復(fù)合核比原來(lái)的核多了一個(gè)中子，往往處于激發(fā)態(tài)，在回到基態(tài)時(shí)放出γ光子。

作用后，中子已不存在，生成核是靶核的另一種同位素。

輻射俘獲是最常見(jiàn)的核反應(yīng)。結(jié)果是生成核比原來(lái)原子核大一個(gè)質(zhì)量數(shù)的同位素，即。生成核往往具有放射性。中子活化：

一個(gè)穩(wěn)定的同位素經(jīng)中子照射后，生成放射性核，這種現(xiàn)象稱為激化或活化。相應(yīng)的放射性稱為人工放射性或感生放射性。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（n,γ）是制備放射性同位素的重要途徑：對(duì)地質(zhì)試樣進(jìn)行活化分析時(shí)，也是利用（n,γ）反應(yīng)：

例如：放射性同位素60Co就是利用（n,γ）反應(yīng)得到的。或60Co是一種常用的放射性γ源。半衰期為5.25a，衰變時(shí)放出1.17MeV和1.33MeV兩種能量的γ射線。

通過(guò)測(cè)量(n,γ)反應(yīng)后的生成核的衰變子體239Np和233Pa，確定試樣中的U，Th含量。

239Pu和233U是很好的核燃料，通過(guò)(n,γ)反應(yīng)，可將自然界中存在的238U和232Th轉(zhuǎn)變成239Pu和233U。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（四）核裂變反應(yīng)(n,f)含義：

并非所有的物質(zhì)與中子作用都可以發(fā)生裂變。自然界中存在的物質(zhì)只有235U與中子作用可以發(fā)生裂變反應(yīng)。人工制造的裂變材料包括233U、239U、241Pu等。

中子與重原子核作用時(shí)，被靶核所吸收/俘獲之后，靶核變成了兩個(gè)碎片（其它物質(zhì)的原子核），同時(shí)釋放出2~3個(gè)中子和大量的能量（結(jié)合能）。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分

裂變過(guò)程中產(chǎn)生的中子可以分為瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子。裂變過(guò)程中產(chǎn)生的中子：瞬發(fā)中子：緩發(fā)中子：絕大部分(99%)的中子是在裂變過(guò)程之后的10-8秒放出的，稱為瞬發(fā)中子。有很少部分(1%)的中子是在裂變過(guò)程之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才發(fā)出的，稱為緩發(fā)中子。緩發(fā)中子與裂變產(chǎn)物的β衰變有關(guān)，裂變產(chǎn)物經(jīng)β衰變后，核處于激發(fā)態(tài)，如果該激發(fā)態(tài)能量高于中子在核中的結(jié)合能，則核會(huì)發(fā)射中子。核發(fā)射緩發(fā)中子有各種不同的半衰期。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（五）產(chǎn)生帶電粒子的核反應(yīng)中子與某些輕核發(fā)生作用時(shí)，形成復(fù)合核并發(fā)出帶電粒子。

(n,p)反應(yīng)是發(fā)出質(zhì)子，(n,α)反應(yīng)是發(fā)出α粒子。它們的反應(yīng)能量Q有正有負(fù)。放熱反應(yīng)(Q>0)原則上在任何中子能量時(shí)都可發(fā)生。吸熱反應(yīng)(Q<0)有一個(gè)閾值。帶電粒子從核內(nèi)發(fā)射出時(shí)，必須克服庫(kù)侖勢(shì)壘的阻礙。勢(shì)壘高度隨Z迅速增加對(duì)慢中子只有在輕核情況下才能發(fā)生(n,p)和(n,α)反應(yīng)。和帶電粒子發(fā)射：

(n,α)反應(yīng)：探測(cè)中子的重要途徑：通過(guò)測(cè)量與中子反應(yīng)產(chǎn)生的帶電粒子獲得中子的信息。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分例：

n+14N→14C+p

第一步：核反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子第二步：質(zhì)子對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生電離作用人體有大量H和N原子中子對(duì)人體電離效應(yīng)嚴(yán)重傷害也嚴(yán)重n

p電離14N14C12

(n,p)反應(yīng)：多粒子發(fā)射：如(n,2n)、(n,np)等，這些反應(yīng)的閾能較高，只有特快中子轟擊靶核時(shí)才能發(fā)生。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分（六）中子截面特征：中子與原子核之間的相互作用與射線相似；在一次相互作用中失去部分能量、或被吸收；在單位路程上具有一定的相互作用幾率，用截面描述；沒(méi)有射程的概念。中子與原子核的作用，根據(jù)中子能量，可產(chǎn)生各種作用過(guò)程，用σs、σs’、σγ和σf，分別表示彈性散射、非彈性散射、輻射俘獲和裂變的截面。表示方式：中子在介質(zhì)中與介質(zhì)原子的電子發(fā)生相互作用可忽略不計(jì)。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分

總截面σt應(yīng)是所有可能各種反應(yīng)截面之和：其中輻射俘獲和裂變等反應(yīng)使中子被吸收，這些反應(yīng)截面之和—σa定義為中子被吸收截面，即：宏觀截面：中子和原子核的反應(yīng)截面σ，在中子物理中常稱為微觀截面。

微觀截面σ和靶物質(zhì)單位體積內(nèi)原子核數(shù)N的乘積，稱為宏觀截面，用符號(hào)Σ表示：—稱為宏觀總截面?！Q為宏觀吸收截面?！Q為宏觀散射截面。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分宏觀截面的物理意義：中子束通過(guò)靶子的情形考慮有一靶，其厚度為D，如右圖所示。初始入射中子束的強(qiáng)度為I0，穿過(guò)x距離后，中子束的強(qiáng)度變成I(x)。再穿過(guò)距離dx后，中子束的強(qiáng)度將進(jìn)一步的減弱，強(qiáng)度的變化為：上式除以I(x)，得到：中子在x~x+dx內(nèi)，與靶核發(fā)生相互作用的概率本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分中子束通過(guò)靶子的情形

Σtdx是中子在dx距離內(nèi)與靶核發(fā)生作用的概率。Σt的物理意義：中子在靶內(nèi)單位程長(zhǎng)中發(fā)生相互作用的概率。

Σa和Σs的物理意義：宏觀吸收截面Σa=Nσa的物理意義：表示中子穿過(guò)物質(zhì)單位厚度被吸收的概率。宏觀散射截面Σs=Nσs的物理意義：表示中子穿過(guò)物質(zhì)單位厚度被散射的概率。宏觀截面的常用單位是cm-1。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分宏觀截面的計(jì)算：如前所述，微觀截面σ和靶物質(zhì)單位體積內(nèi)原子核數(shù)N的乘積，稱為宏觀截面，用符號(hào)Σ表示：靶由單一核素構(gòu)成：對(duì)靶物質(zhì)只含一種元素的單一物質(zhì)，其單位體積內(nèi)原子核數(shù)N：式中：ρ是物質(zhì)的密度，A是質(zhì)量數(shù)，NA是阿伏加德羅常數(shù)。則對(duì)應(yīng)的宏觀截面Σ為：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分靶由多原子分子構(gòu)成：對(duì)于多原子分子，設(shè)分子量為A，每個(gè)分子中第i種原子的數(shù)目為li，則單位體積內(nèi)第i種原子的總數(shù)Ni為：設(shè)σi是中子和第i種原子核發(fā)生某種反應(yīng)的微觀截面，則相應(yīng)的宏觀截面Σ為：動(dòng)能為1eV的中子，在氫核上的微觀散射截面是20b，在氧核上的微觀散射截面是3.8b，水的密度ρ=1g/cm3，分子量是18，這時(shí)中子在水中的宏觀散射截面值是多少？例題：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分即表明動(dòng)能為1eV的中子，在水中經(jīng)過(guò)1cm距離時(shí)平均受到1.5次散射。解：H2O的分子量為18，一個(gè)水分子中含2個(gè)H原子、1個(gè)O原子，則有：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分窄中子束的衰減規(guī)律：

中子束通過(guò)靶子的情形如前所述，初始入射中子束的強(qiáng)度為I0，穿過(guò)x距離后，中子束的強(qiáng)度變成I(x)。再穿過(guò)距離dx后，中子束的強(qiáng)度將進(jìn)一步的減弱，強(qiáng)度的變化為：可見(jiàn)，窄束中子在物質(zhì)深度x處dx厚度中強(qiáng)度的變化為：利用初始條件x=0處中子強(qiáng)度為I0，解得：本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期二\1點(diǎn)26分思考題：

1、中子源有哪三種類型，各具有什么特點(diǎn)？

2、中子和物質(zhì)的相互作用方式有哪些？對(duì)輻射俘獲方式進(jìn)行具體說(shuō)明。探測(cè)中子的原理是利用哪些相互作用方式及其原因。