中子俘獲

基本概念

中子在與原子核相互碰撞後，被核所吸收並發出γ射線的過程。在有些情況下亦會導致核的β衰變或裂變。

當一個中子擠進原子核這個球體時，通常稱為中子俘獲。

中子進入原子核形成“複合核”後，可能發射一個或者多個光子，也可能發射一個或者多個粒子而回到基態。前者就成為“輻射俘獲”，而後者則相應於各種中子核反應。例如：

¹H+n→²H+γ

⁶Li+n→³H+α

有幾種重原子核（如²³⁵U），俘獲一個中子後會分裂為兩個或者三個較輕的原子核，同時發出2～3箇中子以及很大的能量（約200MeV），這就是核裂變反應。

在低中子通量的情況里，如核反應堆里，單個的中子被一個原子核俘獲。例如，當金（197Au）被中子輻射，處於高激發態的同位素金198（198Au）會被產生，然後很快衰變躍遷到其基態，放射出伽馬射線。在這個過程之中，質量數增加1。這個核反應可以用以下的簡式表示：

如果這個核反應中用到了熱中子，一般稱其為熱俘獲（thermal capture）。

同位素金198（198Au）容易發生β衰變衰變成同位素汞（198Hg）。在這個過程之中，原子序數增加1。

如果中子通量的密度足夠高，以至於原子核在兩次中子俘獲之間沒有時間進行β衰變，那么R-過程就將恆星的內部發生。這樣，質量數會大幅增長，而原子序數不變（核素種類保持不變）。只有在這一過程之後，其產生的高度不穩定原子核發生β衰變，轉變成具有更高原子序數、穩定或者不穩定的原子核。

這是因為不同的化學元素在吸收中子後會釋放不同特性的放射物質。這一特性使這一方法在礦業勘探和安全方面十分有用。

最有效的中子吸收劑是可以通過吸收一個中子產生穩定原子核的放射性同位素。例如，氙135（半衰期約9.1小時），可以吸收一個中子變成穩定的氙136。氙135可以在核反應堆里通過鈾235，鈾233和鈽239核裂變，伴隨產生碘135。碘135迅速發生衰變，放射出一粒β粒子（高能電子）並產生氙135。

其他主要的中子吸收劑還包括氦3同位素，它吸收中子後可以產生氚（氫的一種較重同位素）；硼10，它吸收中子後可以產生鋰和氦核；釤149也是一種有效的中子吸收劑，吸收中子後產生穩定的同位素釤150。