中子俘獲截面

中子俘獲截面是靶核與中子發生俘獲核反應的截面。其定義是一個粒子入射到單位面積內只含一個靶核的靶子上發生反應的幾率。

基本介紹

• 中文名：中子俘獲截面
• 外文名：Neutron capture cross section
• 單位：靶恩（barn）
• 學科：核物理
• 測量方法：俘獲中子後瞬發輻射的高能γ射線
• 套用領域：天體核合成等

定義

截面是描述核反應發生幾率的參數。它的定義是一個粒子入射到單位面積內只含一個靶核的靶子上發生反應的幾率。 其表達式是:

其中nr是單位時間內發生的反應數，I是單位時間內入射粒子數，nl是單位面積的靶核數。 具有面積的量綱，單位是靶(b)。1b= ； 1mb= .

由於截面具有面積的量綱我們可以把截面理解為在靶核附近存在一個面積的範圍，當入射粒子進入這個面積時，反應就發生了反之，則不會發生。反應截面隨入射粒子能量的變化就是激發函式。要測定激發函式，就需要
分別測量不同能量的粒子與靶核發生反應的截面。

研究意義

核素的中子俘獲截面對於天體核合成有著至關重要的意義，尤其是恆星中比鐵重的核素的合成，其主要的核反應機制為中子俘獲。

由於中子是能參與強相互作用的電中性粒子，因此中子與核相互作用時不存在庫侖勢壘的作用,所以中子很容易和原子核發生反應。中子的反應截面在整個核物理研究,包括核理論研究和核技術套用中都占有重要地位。

中子俘獲反應是中子核反應的重要組成部分，是核機構和元素形成理論所關心的問題。快中子俘獲截面是核反應理論、核科學工程設計及天體中元素合成研究所需要的重要參數。在中子照射下，生成長壽命放射性核的問題是聚變堆概念設計中面臨的重大研究課題，也是國際核聚變研究界和核數據界近些年來重點關注的問題之一。

中子俘獲截面的測量

中子俘獲截面是重要的核參數。對了解核反應機制、研究原子核在高激發態的運動規律是很重要的。在反應堆設計、禁止材料的計算中都需要中子俘獲截面的數據。但是，有的核素中子俘獲截面較小(mb數量級)，實驗難度大。在中子照射下，直接通過測量樣品俘獲中子後瞬發輻射的高能γ射線，來得到中子的俘獲截面，只是在大體積、高效率和高解析度的閃爍計數器和Ge(Li)探測器配以飛行時間技術後，才得以實現和發展。

樣品在中子的輻照下，核俘獲中子後形成的複合核處於很高的激發態。它可以通過直接發射高能y射線回到基態，或放出高能y射線退激到低激發態再退激到基態，複合核也可以放出帶電粒子，隨後再發射y射線退激到基態，如右圖中的γ_2。

這裡複合核的激發態能量為：

E=s_n+E_n^e

其中，s_n是中子在複合核內的結合能，E_n是入射中子在質心繫內的動能。處於很高激發態的複合核，以小於10^-14s時間放出γ_t射線退激。實驗要測量的是這種高能瞬發的γ射線。但是，樣品在中子輻照下，將同時產生非彈性散射的γ射線，以及高激發態的複合核發射帶電粒子後所產生的其它γ射線。因此，在快中子照射下，樣品將產生很複雜的γ射線譜。

另外，中子是由帶電粒子核反應提供的，帶電粒子在輸運過程中，轟擊輸運管道任意部位都可能產生γ射線。再有，測量高能γ射線的探測器NaI(Tl)、Ge(Li)對中子也是很靈敏的。當中子能量大於1MeV時，¹³⁷I的九個低能級以及²³Na的非彈性散射的高能γ射線都能出現。

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