关于中子核反应介绍

[拼音]：zhongzi hefanying

[外文]：neutron induced nuclear reaction

中子同原子核相互作用引起的核反应，一般可以用X+n→Y+a+Q或X(n，a)Y表示。同其他粒子引起的核反应一样，中子核反应也是研究核结构和核反应机制的重要手段。1932年发现中子后，人们对中子同原子核和中子同大块物质的相互作用进行了广泛、深入的研究。在此基础上，核能应用得以迅速发展（见核裂变）。因此，同原子核物理学中的其他分支比较起来，中子物理同实际应用结合得更为紧密。中子的重要特征是它不带电，不存在库仑势垒的阻挡，这就使得几乎任何能量的中子同任何核素都能够发生反应。在实际应用中，低能中子的反应往往起着更为重要的作用。

研究中子核反应，往往就是研究中子反应截面随核素变化、随入射中子能量变化（激发函数）和随产物的出射角度变化（角分布）的规律以及反应产物的能量分布（能谱）等。

中子核反应截面

中子核反应的全截面概念有其确定意义，而且可以很精确地直接测得。全截面σ 等于各部分截面(简称分截面)之和，即σ ＝σe+σne，其中是d性散射截面，σe(θ)是θ方向的d性散射微分截面；σne 表示去d性散射截面，这也是中子核反应中特有的、可以直接测量的反应截面，它等于除d性散射截面以外所有分截面之和。这些截面包括相应于中子裂变反应的裂变截面σ f；相应于中子辐射俘获反应的辐射俘获截面σr；相应于(n，n┡)反应的非d性散射截面；相应于(n，2n)、(n，3n)等(n，xn)反应（x代表 2、3、…）的截面以及相应于产生带电粒子的(n，X)反应的截面；诸如(n，p)反应截面σ L，(n，α)反应的截面σα等。

中子核反应类型

中子引起某些重核如235U裂变的反应，记作(n，f)，是一种有重要意义的中子核反应。235U吸收中子后分裂成两块质量数为70～170的裂变碎片。由于这些碎片的中子过剩，在差不多分裂的同时放出平均数为2～3的瞬发中子并释放出约150MeV的反应能。这种中子的增殖可以使裂变反应持续不断地进行，形成链式反应，这正是裂变反应堆和某些核武器的物理基础。

中子被核俘获后形成复合核，然后通过放出一个或多个γ光子退激的反应，记作(n，γ)。释放的γ射线的总能量等于复合核的激发能。研究γ射线的能谱，可以得到复合核能级结构、辐射过程性质等（见复合核模型）。此外，(n，γ)反应还是生产核燃料、超铀元素等的重要反应。例如通过反应

（式中为反中微子）可以生成核燃料钚239Pu。

包括d性散射和非d性散射。

（1）d性散射：即X+n─→X+n，反应能Q＝0。入射粒子和靶核的状态均不发生变化，因此在中子的任何能量下都可以发生d性散射。在实验室坐标系，d性散射后的出射中子对于中重核及重核来说，主要是方向的变化，能量变化很小；但对于轻核，由于靶核的反冲效应，致使入射中子的动能显著降低。

（2）非d性散射：即 X+n→X*+n┡+Q，Q＜0。中子在质心系的能量超过靶核的第一激发态时，可以发生这个反应。

中子被核吸收，形成复合核，如果在它发射一个中子以后剩余的激发能足以再放出1个、2个、……中子，则可以发生（n，2n）、(n，3n)、……反应。这是一个有阈（一般阈能为6～12MeV）的反应。通过这个反应可以得到中子倍增，因而它的有关数据有实际应用意义。

产生带电粒子反应的统称。由于发射带电粒子要穿过库仑势垒，所以在慢中子能区只有为数不多的几个轻核可产生这类反应，如3He(n，p)、6Li(n，α)、10B(n，α)等。对于中重核及重核，在中子能量够高时也可以产生这类反应，但一般截面都不大。

吸收中子而不放出中子的反应，其截面可以直接测量。实际上其中包含了(n，γ)和(n，X)反应。有时也将中子的吸收称作中子的消失，其相应的截面称为中子消失截面 ，而把除σe和散射截面以外的截面之和称作吸收截面。由于低能区多数核不发生(n，X)和(n，f)反应，所以此时吸收截面常常就是(n，γ)截面，对于裂变核，就是+σ f。

中子截面在能量上分区

在通常的中子能量En揥20MeV能区内，主要就是上面这些反应。中子同核相互作用随中子能量不同和靶核不同而表现出明显不同的特征。关于靶核类型以及中子能量的区分并不是十分严格的。习惯上将靶核分作轻核、中重核和重核。一般说来，除极轻核外，其余核的反应截面随能量变化的行为大体上都经过1/v规律区（这里v是中子的速度）、共振区和平滑区，但对于不同的核，出现这些区间的相应能量间隔是有差异的。

定性地说，中子穿越原子核区的时间越短，中子被吸收的几率就越小。这就表现为截面在eV能区随能量变化的“1/v规律”（截面和1/v成正比）。事实上，对于(n，γ)反应，只要复合核第一激发态离基态足够远，对于(n，X)反应，只要是放热反应而且Q值足够大、复合核第一激发态离基态足够远，截面都将遵从1/v规律。对于少数轻核的（n，X）反应如3He（n，p）、6Li(n，α)、及10B(n，α)等反应的截面直到keV以上能区都遵从1/v规律。

在慢中子甚至中能中子能区，中子核反应截面显示出独特的共振现象：截面在一些特定的、相距很近的能量为E 能级处出现极大值，E 为共振能量，相应的能级称为共振能级。在共振宽度Г 远小于两共振能级之间的距离D的能区，只要有合适的测量手段，就可以测量出明显分离的共振。这个能区称为可分辨共振区。可分辨区一般在103eV(重核)至105eV(中重核)以下。 对于某些中重核，现代的高分辨、高精度测量技术已把这个能区扩展到1MeV附近。

当ГD时，就无法测量出分立的共振了。这时，如果测量系统的能量分辨ΔEГ，截面仍可能表现出涨落，若 ΔE中包含了若干个Г，则涨落消失，截面随能量缓慢变化。