关于中子源介绍

[拼音]：zhongziyuan

[外文]：neutron source

能够产生中子的装置。一般可分为放射性同位素中子源、加速中子源和反应堆中子源三类。

放射性同位素中子源

利用放射性同位素制成的中子源。其优点是体积小、制备简单、使用方便。缺点是强度较弱，中子能谱复杂。根据反应机制的不同，又可分为(α，n)、(γ，n)和自发裂变中子源。

(α，n)中子源 绝大多数(α，n)中子源利用的是下列核反应：

6Be+α→12C+n+5.701MeV，

因为在轻元素中，这个反应中子产额最高。在一般 (α，n)源中，α发射体(钋、镭、镅等)同金属铍粉按一定的比例均匀混合，并被压制成小圆柱体，密封在双层金属外壳中。Pu-Be中子源也可以制成 PuBe13合金。(α，n)中子源种类很多，可以选择使用。如工作中不要求高产额，但要求长寿命和稳定，可采用241Am-Be源(433年)和238Pu-Be源（86年），如果要求产额高、体积小，则可用210Po-Be源(138.4天)（括号内为源的半衰期）。另外，Ra-Be源半衰期也很长，作为标准源在历史上使用得也较多，但由于它的 γ射线非常强，又容易漏出氡气，目前已被Am-Be源等取代。

又称为光中子源。其主要缺点是产额低、寿命短，又伴随有很强的γ辐射，但利用一些同位素发射的单能γ射线，通过(γ，n)反应可以产生单能中子。在刻度仪器及中子千电子伏能区的核数据测量上有用。常用的光中子源有:Na-Be源(959keV)、Na-D源(256keV)、Sb-Be源(24keV)等等（括弧内为中子能量测量值）。其中以Sb-Be源应用最广，因为它容易生产，产额较高，而且Sb的半衰期也不算太短，为60.4天。

重核能自发地发生裂变并放出中子（见核裂变），人造同位素252Cf有较高的自发裂变几率和较长的寿命，可以用作小型的裂变谱快中子源。中子产额为2.31×1012 s-1·g-1，半衰期为2.65年，平均能量为2.15MeV。

加速中子源

它利用加速加速的带电粒子轰击适当的靶核，通过核反应来产生中子。这类中子源的主要特点是：中子强度比一般的放射性同位素中子源的大得多，可以在很宽的能区上获得单能中子，加速采用脉冲调制后可成为脉冲中子源。最常用的核反应有（d，n）、(p，n)和(γ，n)等。

一般为放热反应。即使能量很低的氘核也能引起反应。因此在小型加速上最为适用。D（d，n）3He和T（d，n）4He是用得最多的两种反应。表1中给出同这两种反应有关的重要能量值。

当入射氘核能量在竞争反应阈能以下变化时，选择适当的发射角度， D(d，n)3He和T(d，n)4He反应分别可以得到1.8～7.7MeV和11.7～20.4MeV能区内的单能中子。上述两个反应在氘核加速能量很低时，就可获得相当高的中子产额。还可以把能量为 100～200keV的简单的氘核加速装置，连同靶一起密封在一个长度为数十厘米的玻璃管中制成密封中子管。整个装置结构紧凑、体积小、便于携带，中子强度可达106～1010s-1。

大都是吸热反应，只有质子能量超过反应阈能时才能产生中子。此类反应主要用于静电加速上，最常用的为6Li(p，n)6Be和 T(p，n)3He。表2给出同这两种反应有关能量值。在静电加速上改变质子能量，利用6Li(p，n)6Be反应可以获得120～650keV能区内的单能中子，利用T(p，n)3He反应可以获得0.29～7.5MeV能区内的单能中子。

T(p，n)3He反应也可以通过加速氚核t去轰击氢核来实现，即H(t，n)3He反应，反应阈能为3.057MeV。氚核能量超过阈能时，中子能量总是双值的，但低能群中子不仅能量很低，而且强度小，对多数工作来说影响不大。它的优点为：

（1）0°方向中子产额大，②竞争反应阈为25.03MeV，它可在小于17MeV的能区内提供单能中子。对于提供7～12MeV单能中子，此反应特别有用，因为其他方法难以做到。利用H(t，n)3He作为中子源， 要求入射氚的能量较高，常使用串列式静电加速。加速氚核要注意解决它的放射性污染问题。这增加了技术上的困难。

在电子直线加速上，当高能电子(30～150MeV)轰击铀、钨等重核构成的靶时，绝大部分的电子能量转变为轫致辐射。这是连续谱的γ射线，它们同靶核相互作用，通过(γ，n)反应产生中子。可以形成脉冲中子强度达到1017～1018s-1的脉冲中子源，中子为连续能谱，它的平均能量为2MeV左右。由于它的脉冲窄，强度大，中子能区广，利用飞行时间技术可得到很高的能量分辨，因而成为中子实验的强有力工具。

能量大于数百兆电子伏的中高能质子轰击重核时，可以引起散裂反应。随质子能量的变化，每一反应平均放出几个到几十个中子。在强流中能加速上利用这种反应可以建立起最强的脉冲中子源。

反应堆中子源

原子核裂变反应堆可以提供大量的中子。对于能量较低的中子（如热中子或冷中子）来说，反应堆是最强的中子源。反应堆既可以提供注量率很高的、体积相当大的中子场，也可以引出中子束，以满足不同的使用要求。反应堆中子的能谱比较复杂。对于一般的热中子堆，主体是麦克斯韦谱的热中子，混有超热中子及快中子，此外还伴有很强的γ射线。快堆中子谱的平均能量比热堆的高。

作为中子源用的反应堆的主要指标是可以获得的最高注量率水平。一般堆的中心区最高注量率为1012～1014cm-2·s-1。高通量反应堆可达1015cm-2·s-1上。除了稳态的堆以外，还可以把反应堆建造成脉冲式的，以脉冲状态运行，可以提供脉冲化的中子源。

采取一定的措施，可以在反应堆上获得各种能量的中子束：

（1）单能热中子。利用晶体衍射或机械方法的选择，可以选出能量单一的低能中子（meV到eV量级）。

（2）冷中子和超冷中子 在反应堆活性区内或反射层中，加上低温冷源装置，可以获得较强的冷中子。这些冷中子可用中子导管引出堆外使用。还可以借助各种装置获得能量低达10-7eV的超冷中子。

（3）单能共振中子。利用某些材料对于某一确定能量的中子截面特别低（这种现象称为中子窗）的特性，可以从反应堆中子谱中过滤出共振能区单一能量的中子束。如238U（186eV）、Sc（2keV）、Fe(24keV)和Si(55keV，144keV)等就是典型的过滤材料。

（4）裂变谱快中子。采用转换靶的方法，在反应堆上可以获得很强的裂变谱快中子源。转换靶用裂变材料(235U、239Pu)制成，在热中子照射下发生裂变，发射出裂变谱快中子。

利用反应堆中子可以进行的工作主要有：同位素生产、材料辐照、活化分析、中子衍射、中子非d性散射、中子照相以及核物理实验等。