第八章-中子及中子-探测讲解课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章,中子及中子探测,8.1,中子的分类与性质,1,、,中子的,分类,2),中能中子：,1KeV,0.5MeV,1),慢中子：,0,1KeV,包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子3),快中子：,0.5MeV,10MeV,4),特快中子：,10MeV,热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为,0.0253eV,，中子速度,2.210,3,m/s.,2,、中子的性质,质量：,m,n,1.008665,u,939.565300,MeV,/,c,2,自旋：,s,n,1/2,费米子,电荷：,0,，中性粒子,磁矩：,n,1.913042,N,中子寿命：,发生,衰变的半衰期,T,1/2,=10.60,min,8.2,中子源,1),241,Am-Be,中子源,属于,(,n,),型中子源由,241,Am,放射源放出的,粒子，打在,Be,上发生反应，产生中子性能：,中子产额,2.210,6,/,s,.,Ci,T,1/2,433,年；,1,、,同位素中子源,中子能量为,0.111.2MeV,，平均,5MeV,；,n,/,比,(,中子强度比,),为,10:1,；,2)(,n,),型中子源,。

利用,(,n,),反应获得中子优点,：中子能量单一；,缺点,：中子产额低，装置体积大3),自发裂变中子源,自发裂变中子源为超环元素以,252,Cf,(,锎,),最常用1,克,252,Cf,发射中子率为,2.3110,13,个中子半衰期：,T,1/2,(,自发裂变,),85.5,a,，,T,1/2,(,衰变,),2.64,a,中子平均能量为,2.2MeV,2,、加速器中子源,可以在相当宽的能区内获得,单能中子源,主要反应,：,对,放能反应,，如,2,H,(,d,n,),3,He,，,3,H,(,d,n,),4,He,，当入射氘核能量不高时,(,T,d,200,KeV,),，反应就可以有效进行，当,90,时，就可得到能量分别为,2.5,MeV,和,14,MeV,的,单能中子,3,、反应堆中子源,宽中子能量：,0.001eV,十几,MeV,高中子注量率：,8.3,中子与物质的相互作用,1.,中子的散射,1),弹性散射,(,n,n,),中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用出射粒子仍为,中子,、剩余核仍为,靶核,出射中子的动能：,反冲核的动能：,当反冲核为,质子,(,氢核,),时，,M,m,，上式变为：,当,=0,时，,反冲质子,能量最大，,T,p,=,T,n,反冲质子,在,实验室座标系,中的,能量分布,的,概率密度函数,为：,即对入射的单能中子而言，实验室坐标系中，其,反冲质子,的,能量分布,是一个,矩形,，最大能量为,T,n,，最小为,零,。

这个关系可用于,快中子能谱,测量2),非弹性散射,(,n,n,),入射中子的能量损失不仅使靶核得到,反冲,，且使靶核处于,激发态,处于激发态的靶核退激时放出一个或几个,特征,光子,，在,核分析技术,中有重要的应用2.,中子的俘获,1),中子的,辐射俘获,(,n,),中子射入靶核后与靶核形成一个,复合核,，而后,复合核,通过发射一个或几个,特征,光子,跃迁到基态这些特征 光子,不同于,(,n,n,),的特征 光子由于这些 光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为“,中子感生瞬发射线,”，同样在核分析技术中有重要的应用复合核的形成当发生,(,n,),反应后，,新形成的核素,是,放射性的,，就是常说的“,活化,”，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的注量率，区分中子的能量范围2),发射带电粒子的中子核反应,如,(,n,),，,(,n,p,),等，这些反应在中子探测中应用很多，成为,探测中子的,主要手段,如,(n,2n),，,(n,np),等，这些反应的阈能较高，在,8,10MeV,以上，只有特快中子才能发生3),裂变反应,(,n,f,),4),多粒子发射,8.4,中子探测的基本方法,中子探测的特点：,1),中子为,中性粒子,，,不能,直接引起探测介质的电离、激发。

2),在探测器或探测介质内必须具备能同中子发生相互作用产生,可被探测的次级粒子,的物质,(,辐射体,),，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,带电的,次级粒子,，如,，,p,，,f,等，探测器记录这些次级粒子并输出信号3),中子与,辐射体,有较大的,作用截面,，以获得较大的中子探测效率1.,核反应法,主要的核反应有：,反应截面,与,中子能量,的关系：,1/,v,规律,，即随中子能量增加，反应截面减小，因此核反应法适用于,慢中子,的测量，尤其是热中子的测量反应均为,放热反应,，反应能,Q,在生成核与出射粒子之间分配由于反应能,Q,比较大,，又主要用于慢中子探测，即：,故,出射粒子能量,难以反映,慢中子的能量,，因此，核反应法常用于中子,注量率,的测量这时，,Q,大易于甄别去除,本底信号探测介质中含有上述核素,的,气体探测器,、,闪烁探测器,，或,上述材料作为外辐射体,的,半导体探测器,均可用,核反应法,进行中子探测2.,核反冲法,中子与靶核的弹性碰撞产生反冲核主要发生在,氢核,上，常用,含氢物质,作为,辐射体,反冲质子,使探测介质电离、激发而产生输出信号反冲质子能量,：,反冲质子数,：,反冲质子的能谱,为,矩形分布,。

此法主要用于,快中子,的探测，尤其是快中子,能量,的测量因此，探测介质中富含,含氢物质,的探测器，如,含氢正比管,、,有机闪烁体,等适用于核反冲法测量快中子能谱3.,核裂变法,中子与,重核,发生,核裂变,产生的,裂变碎片,是,巨大的带正电荷的粒子,，能使探测器输出信号通过测量碎片数，可求得中子注量率裂变碎片,的,总动能为,150,170MeV,，,形成的,脉冲幅度,比,本底,脉冲幅度,大得多,，,可用于,强辐射场,内中子的测量,热中子可引起的核裂变,核：,233,U,，,235,U,，,239,Pu,如,235,U,的热中子截面为,580,b,对慢中子满足,1/,v,规律，仅适用于热中子的注量率测量一些重核只有当中子能量大于某一,阈能,才能发生,核裂变,，可用此判断中子的能量区间4.,活化法,选用一些,核素,具有较高的,活化截面,，活化后放射性核素也具有较易测量的放射性如：,测量,粒子的发射率,可确定中子的,注量率,一般，,热中子,的,活化截面,较高，此法适用于,热中子的注量率,的测量1.,硼电离室和裂变室,辐射体,：常用,10,B,和,235,U,；,涂敷在电极表面,工作状态,：一般工作于,电流工作状态,，,裂变室,也可工作于,脉冲工作状态,。

裂变室由于,裂变碎片射程很短,，所以辐射体涂层很薄，为提高探测效率而做成,多层裂变室,8.5,常用中子探测器,硼电离室还常工作于,补偿型状态,，通过补偿,消除,本底的影响,2.,10,BF,3,和,3,He,正比计数器,工作气体：含,10,B,的,BF,3,或含,高丰度,3,He,的氦气工作状态：,脉冲型,工作状态性能特点：,BF,3,为负电性气体，性能较差；氦气,(,尤其是高丰度,3,He),价格昂贵3.,含锂闪烁体,常用,6,LiI(Eu),晶体；铈激活的锂玻璃等1),含氢正比计数管,气体介质含,H,2,或,CH,4,2),有机闪烁体,富含,H,和,C,，还可以运用,n/,脉冲形状甄别技术，在较强的场中测量中子4.,利用质子反冲效应的探测器,中心辐射体,是,中子活化材料,，活化后具有,放射性粒子作为,荷电粒子,在极板间运动而在外回路中产生输出信号不需要外加电源，称为,自给能探测器,如：,输出信号：,5.,自给能探测器,性能：灵敏度,1.210,-21,A/,单位中子注量率,;,中子注量率测量范围,10,9,10,14,/cm,2,s,;,体积小：直径,1,2,mm,;,时间延迟,5T,1/2,适合用于堆芯的中子注量率的测量。

中子灵敏度,定义：,N,t,为探测器灵敏体积中,辐射体,的,靶核数,8.6,中子注量率测量的主要指标,中子灵敏度,反应的发生率,中子注量率,对能量低于,30KeV,的中子：,为,中子密度,(,包括,30KeV,以下各种能量的中子,),，所以探测器的计数直接代表了被测中子场的中子密度，即,R,n,n,(,E,),为能量,E,处单位能量间隔的,中子密度v,为,中子速度,由,则，,中子注量率,为：,其中 为中子的,平均速度,，为热中子的,最可几速度,对热中子，在,T=20,C,时，,故：,则，,热中子灵敏度,为：,1.,堆芯外,用于监测反应堆,功率水平,，探测器置于,压力壳外,1),启动量程：中子注量率,10,2,10,4,/,cm,2,s,；,较小,，,本底相对高,；用,脉冲裂变室,或,BF,3,正比计数器,3),功率量程：,大于,10,10,/,cm,2,s,；,足够大，本底相对较小,；用,电流型裂变室,或,硼电离室,8.7,堆用探测器,反应堆中子注量率监测,2),中间量程：,10,6,10,8,/,cm,2,s,；,较大，本底相对仍高,；用,电流型裂变室,或,补偿型电流硼电离室,2.,堆芯探测器,堆芯内,中子注量率,的,空间分布。

要求体积小，寿命长；,典型工作条件：,可选用,微型裂变室,，且电极涂,235,U+,239,Pu(,可增殖，总积分通量由,1.710,21,提高到,4.810,21,中子,),；也可以用自给能探测器1,、核辐射物理基础,2,、射线与物质的相互作用,3,、气体探测器,4,、闪烁探测器,5,、半导体探测器,6,、辐射探测中的概率统计问题,7,、核辐射测量方法,8,、中子及中子探测,核辐射测量复习,1,、本章的主要内容,2,、本章的重点,3,、对某些问题的思考,4,、需要讨论的问题,5,、,期末考试试题预测,6,、。