中子探測

中子探測即對中子的數目和能量的測量。 在核能的利用 、放射性同位素的產生和套用核物理研究中都需要進行中子的探測，然而中子本身不帶電，不會引起電離等作用，不產生直接的可觀察效果，因此中子的探測是通過中子同原子核的相互作用，對反應的產物進行探測。

基本介紹

• 中文名：中子探測
• 外文名：neutron detection
• 目的：測量輻射場中子的數量和數目
• 特點：能量區域性、頻率特定性
• 方法：核反應法、 反衝質子法、活化法
• 領域：核能利用

方法分類

中子探測的方法主要有核反衝法、核反應法、核裂變法及活化法四種。

核反衝法

反衝法探測中子是測量中子與原子核彈性散射後的反衝核在探測介質中引起的電離來反推原始中子的性質，這種方法只適用於探測快中子。在使用於空間的中子探測器中，利用反衝核法的有反衝正比計數器(充甲烷)、液體閃爍體探測器和塑膠閃爍體探測器，特別是後兩種探測器因具有面積大、探測效率高等特點而得到廣泛的套用。因為我們擬研製的碳化矽中子探測器的探測目標是空間輻射中的快中子部分，探測原理是基於中子與 Si C 或聚乙烯的彈性散射作用。

核反應法

通過測量中子核反應產生的帶電粒子來探測中子的方法稱為核反應法。核反應法主要用於探測慢中子的強度，也可用來測定快中子的能譜。

核裂變法

中子轟擊重核時會引起核裂變，通過探測裂變碎片來探測中子的方法稱為核裂變法。常用235U ，233U 和239Pu 作為裂變材料，裂變過程中釋放的能量約為200Me V，兩個碎片帶走的能量約為 165Me V，遠遠大於入射中子和 γ 射線的能量。因此，該方法主要用於熱中子和慢中子的通量測量，強 γ 射線本底對測量也不會造成響。

活化法

中子與原子核相互作用時生成複合核，一般複合核因處於激發態而不穩定，具有 γ 或β 放射性，通過測量中子輻照後物質的放射性來推算中子強度的方法稱為活化法。

特點

中子探測與其他類型的核輻射探測具有很多相似之處，但也有它本身的獨特性，主要表現在如下 3 個方面：
(1)中子探測需要輻射體。中子不帶電，因而不能直接引起探測介質的電離、激發，所以探測中子相當困難，只能通過它與其他物質的反衝核、核反應產物核、裂變碎片及中子活化等次級效應來進行探測。即在探測器內必須具備能同中子發生相互作用產生可被探測的次級粒子的探測介質(輻射體)，中子在輻射體上發生核反應、核反衝、核裂變等過程，產生帶電的次級粒子，如4He、1H 等，探測器記錄這些次級粒子並輸出信號從而使中子的探測成為可能。
(2)中子探測具有能量區域性。在中子物理研究中，中子能域覆蓋 14 個數量級，中子套用領域的中子也包括 9 個數量級。構想用某一種探測器來探測能量分布如此廣闊的中子簡直是不可思議的，因此現實測量中只能針對某一較小能量範圍的中子，採用某種特定類型的中子探測器進行測量。
(3)中子探測效率具有特定性。任何一種中子探測器的探測效率都與入射中子能量存在著複雜的依賴關係，因此，說探測效率時就必須說明哪種探測器對哪一能量中子的探測效率。

探測器

中子探測器指一類能探測中子的探測器。中子本身不帶電，不能產生電離或激發，所以不能用普通探測器直接探測。它是利用中子與摻入探測器中的某些原子核作用（包括核反應、核裂變或核反衝）所產生的次級粒子進行測量。裂變電離室是通過熱中子使塗在電極上的鈾-235裂變所產生的裂片的電離效應來測量，而有機閃爍體蒽可以通過快中子產生的反衝質子的發光效應進行測量。此外，還可以利用中子使活化片（如錮）產生感生放射性，通過測量感生放射性活度也可測量中子的通量。

中子探測器的工作原理是： 中子與某種核產生反應時放出帶電粒子，帶電粒子在氣體中運動時產生氣體電離，通過測量氣體電離量來確定中子注量率水平。例如， 中子與B的 (n，α) 反應， 放出α粒子;或中子與U反應生成裂變碎片。

下圖示出氣體電離的工作機理，曲線表示兩電極間氣體在受到射線電離後，在電極上收集到的離子數與電極間電壓的關係。其中I區表示生成的離子在被電極收集到以前， 就部分複合了。隨著電壓的升高，離子重新複合的機率越來越低。Ⅱ區表示所產生的離子全部被電極收集到，稱飽和電離電流區。在一個相當寬的電壓變化範圍內， 收集到的離子數僅與射線密度成正比而基本上與電壓無關，即出現一個“坪”。電離室就工作在這個“坪”的範圍內。電壓繼續加大，在電極附近形成相當大的電場強度， 離子在向電極運動時，在電場中獲得比較大的能量，引起氣體二次電離，形成氣體放電。如Ⅲ區，這時輸出脈衝仍保持與原始總電離量成正比，稱比例計數區。基於這一特性的探測器稱正比計數管。Ⅳ區系有限正比區。Ⅴ區氣體呈雪崩式電離，放大倍數很大，以致輸出脈衝與原始總電離量無關。每次電離，即每個脈衝，電極收集到的離子數是一個常數。利用這個特性做出的探測器稱蓋格彌勒計數管。Ⅵ區是連續放電區。