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中子射線(xiàn)的常見(jiàn)分類(lèi)

2015/2/3 16:19:07  (瀏覽次數:2015/2/3 16:19:07)

1、熱中子
   熱中子是符合麥克斯韋-玻耳茲曼分布并且其最可幾動(dòng)能約為kT = 0.0253 電子伏特 (4.0×10−21 焦耳)的自由中子,對應這一動(dòng)能的速率約為2.2千米/秒。這個(gè)速度也是對應于290K(攝氏17度)時(shí)麥克斯韋-玻爾茲曼分布下的最可幾速率。常溫下中子與介質(zhì)的原子核發(fā)生若干次碰撞后,如果沒(méi)有被俘獲就會(huì )達到這個(gè)速率。熱中子通常有比快中子大得多的有效中子俘獲截面,也因此會(huì )更容易被原子核吸收,形成更重的、通常也不穩定的同位素。這個(gè)現像也被稱(chēng)為中子活化。一些裂變反應堆借助于減速劑實(shí)現對快中子的減速,也稱(chēng)為“熱中子化”。在快中子增殖堆中,快中子被直接利用,沒(méi)有減速的步驟。

2、冷中子
   把熱中子冷卻到極低溫度即得到冷中子,比如液氫或液氘。這樣的冷中子源一般放置在研究反應堆或散裂中子源的減速劑里。冷中子源對于中子散射試驗非常重要。冷中子的能量約5x10−5電子伏特至 0.025電子伏特之間。
核聚變反應速率同溫度一起急劇上升,達到峰值,然后漸漸回落。同其它有希望用于發(fā)電的核聚變反應相比,氘−氚(DT)反應速率在較低溫度(70 千電子伏特, 約8億K)達到峰值,而且高于另外的反應。

3、超冷中子
  冷中子通過(guò)與溫度只有幾K的物質(zhì)(比如固體氘或者超流體液氦)發(fā)生非彈性散射后可以得到超冷中子。其能量小于3x10−7電子伏特。

4、快中子
  快中子是在核裂變反應中產(chǎn)生的自由中子,其動(dòng)能可以達到1 兆電子伏特 (1.6×10−13 焦耳,對應的速度約為14000千米/秒,相當于光速的5%。它們被稱(chēng)作快中子,以區別于熱中子和宇宙射線(xiàn)或者加速器中產(chǎn)生的高能中子。核反應中產(chǎn)生的中子符合麥克斯韋-玻耳茲曼分布,其能量在0到~14兆電子伏特之間。鈾−235產(chǎn)生的中子平均能量為2兆電子伏特,且超過(guò)一半的中子不是快中子。因此僅僅靠鈾−235裂變產(chǎn)生的中子無(wú)法引發(fā)增殖性材料(比如鈾−238和釷−232)的裂變。
  快中子可以通過(guò)減速變成熱中子。在核反應堆中,通常使用輕水、重水、或石墨來(lái)使中子減速。
5、聚變中子
 氘−氚(DT)聚變反應產(chǎn)生能量較高的中子,動(dòng)能為14.1兆電子伏特,對應的速度相當于光速的17%。這些中子是快中子能量的近10倍。氘−氚反應也是最容易點(diǎn)火的反應之一。在氘核和氚核的動(dòng)能達到14.1兆電子伏特的千分之一時(shí),該反應就幾乎達到峰值反應速率。
聚變中子可以有效的引發(fā)不可裂變的重元素(比如錒系元素)的裂變,并釋放出更多的中子。因此,有人提議用將來(lái)的托卡馬克氘−氚聚變反應堆來(lái)嬗變核廢料中的超鈾元素。散裂中子源也使用14.1兆電子伏特的中子產(chǎn)生中子。
因為聚變中子不是引起裂變就是散裂,它難以被其它核吸收。氫彈核武器正是利用了這一特性。首先,聚變反應產(chǎn)生高能量中子。下一步,不可裂變材料(比如鈾-238)在這些中子的轟擊下發(fā)生裂變。這很顯然帶來(lái)了一些核安全和擴散上的問(wèn)題:如果有人掌握了聚變反應,他們也許就可以用無(wú)法制造原子彈的核材料(比如貧化鈾和反應堆級钚)制造熱核武器。
另外一些聚變反應產(chǎn)生的中子能量較低。比如氘−氘(DD)聚變有50%的幾率生成一個(gè)2.45兆電子伏特的中子和一個(gè)氦-3核;還有50%的幾率生成氚核和一個(gè)質(zhì)子。氘−氦−3(D-3He)聚變不生成中子。

6、中能中子
   能量介于快中子和熱中子之間的中子稱(chēng)為中能中子。這種中子的能量在1電子伏特至10電子伏特之間。中子俘獲和核裂變的中子反應截面在這個(gè)能量區間有個(gè)多共振峰。中能中子在快中子堆和熱中子反應堆中并不重要。但在減速不良的熱中子反應堆中,中能中子可能引發(fā)鏈式反應反應性的變化,使得反應的控制更加困難。
某些核燃料吸收中子后并不一定裂變,比如镮−239,這種性質(zhì)可以用俘獲/裂變的比率來(lái)描述。因為俘獲事件不但浪費了一個(gè)中子,而且通常會(huì )生成熱中子或中能中子無(wú)法裂變的核。鈾−233是個(gè)例外。對任何能量的中子,鈾−233的俘獲/裂變比都很好。

7、高能中子
   高能中子是加速器轟擊靶子或高能宇宙射線(xiàn)轟擊大氣層所產(chǎn)生的次生粒子。其能量比快中子高得多。有的高能中子可以擁有數十焦耳的動(dòng)能。它們具有極強的電離性能,比X射線(xiàn)和質(zhì)子更能造成細胞的損傷和死亡。

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