中子探测基本原理
&&&&&&&&中子不带电，因此通过物质时和物质中的电子不发生作用，不能直接引起电离，而是通过与原子核相互作用产生能引起电离的次级粒子才能被记录。中子与原子核的相互作用有核反应、核反冲、核裂变、活化等。
&&&&&&&&中子按能量可大致分为慢中子（<1keV）、中能中子（1~100keV）、快中子（0.1~20MeV），能量0.0253eV的中子通常称为&#8220;热中子&#8221;，这种中子与室温下周围介质大量的分子处于热平衡状态，亦即它的能量相当于周围介质分子热运动的能量。分子热运动最可几的能量是E=kT，其中k是波尔兹曼常数：k=1.38×10-23J/K，T是介质绝对温度。以T=293K（即20&C）代入，可得热中子能量E=0.0253eV，或中子速度v=2200m/s。比热中子能量更低的还有冷中子、共振中子、超热中子、超镉中子等，这些都是表示不同能量的中子，但没有明确的能量界限。下面将介绍几种常用的中子探测方法。
&&&&&&&&一、核反应法：中子本身不带电，与原子核不发生库仑作用，因此容易进入原子核，发生核反应。选择某种能产生带电粒子的核反应，记录下带电粒子引起的电离激发现象，即可探测中子。这种方法主要用于探测慢中子的强度，个别情况下也可用来测量快中子能谱。目前应用最多的是以下三种核反应：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&n + 10B
α + 7Li + 2.792MeV &&&&&&&&&&&&&&&&σ0=3837&9b
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&n + 6Li → α + 3T + 4.786MeV &&&&&&&&&&&&&&&&&&σ0=940&4b
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&n + 3He
P + 3T + 0.765MeV &&&&&&&&&&&&&&&&σ0=5333&7b
&&&&&&&&中子与其他原子核反应截面一般是几靶，因此上述三种反应截面都很大，常采用这三种核反应来探测中子。
&&&&&&&&左图为三种核的中子核反应截面与中子能量的，其中10B（n,α）反应目前应用的最广泛，因为硼的材料比较容易获得。气态的可选用BF3气体，固态的可选用氧化硼或碳化硼。天然中10B的含量约为19.8%，为了提高探测效率，在制造中子探测器的时候常采用浓缩硼（10B含量96%以上），而浓缩硼的获得也并不很困难。所以目前利用这种核反应的中子探测器占很大比重。
&&&&&&&&6Li（n,α）反应是三种反应中放出的能量是最大的，因此在三种核反应中具有最好的n/&抑制比。但是Li没有合适的气体化合物，使用时只能采用固体材料。其中基于6LiF/ZnS闪烁体和波移光纤结构的大面积位置灵敏型热中子探测器已成为近些年的研究热点，中国散裂中子源工程的高通量粉末衍射仪即拟采用这种探测器形式。
&&&&&&&&3He（n,P）是三中反应中反应截面最大的，但是3He在天然中的丰度非常低，大约只有1.4×10-4%，获取十分困难，价格十分昂贵。因此很多实验组都开始研发新型中子探测器来代替基于3He的中子探测器。
&&&&&&&&二、核反冲法：入射能量为E的中子和原子核发生弹性散射时，中子的运动方向改变，能量也有所减少，中子减少的能量传递给原子核，使原子核以一定速度运动，这个原子核就称为“反冲核”。反冲核具有一定电荷，可以作为带电粒子来记录，记录到反冲核也就探测到了中子。主要用来探测快中子。
&&&&&&&&由能动量守恒可知，反冲核质量越小，获得的能量就越大，因此核反冲法中常用氢做辐射体，此时也称“反冲质子法”。发生散射后，反冲质子的能量和出射方向可由能动量守恒算出：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&Ep = Encos2&
&&&&&&&& &=0时，相当于入射中子和氢原子核发生正碰，反冲核获得能量最大，Ep=En。核反冲还可以测量快中子能量。当&一定时，E反冲正比于En。实际中测量沿入射中子束方向张角为±10度的反冲质子，此时探测器接收到的质子数较多，反冲质子的能量粗略地等于入射中子的能量。
&&&&&&&&三、核裂变法：中子与重核作用可以发生裂变，裂变法就是通过记录重核裂变碎片来探测中子的方法。对于热中子、慢中子，总是选用235U、239Pu、233U做裂变材料。它们的热中子裂变截面如下表所示：
&f（10-24cm2）
&&&&&&&& 中子引起裂变时放出的能量很大，约200MeV，两个裂变碎片共带走约165MeV能量。入射中子能量一般都远小于这个数值，因此这种方法不能直接用来测定中子能量，主要用来测定中子通量。由于裂变法放出的能量很大，&本底对测量几乎没什么影响，因此该法可在强&本底下测量中子。
&&&&&&&& 许多重核都是在入射中子能量大于某个阈值后才能发生核裂变，因此可以利用这一特定来判断中子的能量，做成了”阈探测器“。
&&&&&&&&四、活化法：中子和原子核相互作用时，辐射俘获是主要的作用过程。中子很容易进入原子核形成一个处于激发态的复合核，复合核通过发射一个或者几个光子迅速退激回到基态。这种俘获中子放出&辐射的过程称为“辐射俘获”，用（n，&）表示。一个典型的例子是115In做激活材料，它受中子辐照时发生如下反应：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&n + 115In
&&&&&&&&新生成的核素一般都是不稳定的，本例中生成的116In就是&放射性的，衰变方式如下：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&116In
&&&&&&&&这种现象称为“活化”或“激活”，所产生的放射性称为”感生放射性“。测量经过中子辐照后样品的放射性，即可知道中子的强度，这就是活化法。
&&&&&&&&综上所述，中子探测的4中基本原理，就是中子与原子核相互作用的4种基本作用过程。目前广泛使用的各种中子探测器基本上都是基于以上4种原理开发的。中国散裂中子源工程探测器组目前主要从事闪烁体中子探测器、多层涂硼GEM监测器以及高气压3He多丝正比室三种探测器的开发，同时也研发新型中子探测器。您的位置： &
中子活化分析法测定热中子诱发^235U裂变中^135Cs的产额君，已阅读到文档的结尾了呢~~
第十三章中子物理,中子物理学重..
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第十三章中子物理
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3秒自动关闭窗口～（235）U裂变产额随入射中子能量变化的实验研究--《中国原子能科学研究院》2005年博士论文
～（235）U裂变产额随入射中子能量变化的实验研究
【摘要】：裂变产额是反应堆元件燃耗测量、核武器当量测定以及核查等方面广泛应用的数据,由于在裂变产物生成环境中,中子能量并非单一能量,因此中子诱发~(235)U等可裂变核素之裂变产物的产额随中子能量的变化关系是值得研究的重要课题。中国原子能科学研究院核物理所裂变产额组多年来从事裂变产额测量工作,最近两个五年计划主要测量不同能量中子诱发~(235)U裂变后~(95)Zr,~(140)Ba,~(147)Nd等重要产物的产额。
自从年Harn和Strassman发现和确认裂变现象以来,裂变产额测量工作一直没有停息过,由于探测手段的制约,起初人们必须依赖于放射化学分离方法,以便得到比较单纯的产物并进行测量,所以测量的主要是寿命比较长的产物的产额。电磁分离装置可以在线分离裂变产物,可以按质量对产物核素进行分离,所以寿命较短的大量丰中子核素的性质得到了研究,但由于不同产物核素的传输效率并不相同且难以确定,产额测量还是难以进行。70年代具有高分辨率的Ge(Li)探测器出现以后,人们开始对裂变产额随中子能量的关系进行系统性研究,测量得到了大量的产额数据,但由于中能段(3-14MeV)难以得到较高注量率的单能中子源,以及测量目的的限制,在这个能区各家测量数据的不确定度都较大,彼此间存在较大分歧,特别需要针对~(95)Zr、~(140)Ba、~(147)Nd等重要产额与中子能量的关系进行实验测量以澄清数据分歧。
我们在研究中采用直接γ能谱法,选择了热中子、3、5、8、14MeV等单能中子源进行产额测量。样品为直径16毫米,~(235)U丰度为90.2%的铀金属片,质量为0.7～1.6克,用质量厚度54mg/cm~2的纯铝箔紧密包裹待辐照的样品;热中子实验在101堆的0#孔道热柱进行,其他能点采用加速器中子源,在距离中子源约5厘米位置辐照样品,采用双裂变电离室监测裂变率,用甄别阈外推法得到阈下裂变事件数(约占3%)。铀片辐照完毕后采用HPGe谱仪测量其γ能谱,对每个样品跟踪测量约2个月,谱仪的效率刻度采用与样品几何一致的滤纸源进行高低位过渡;样品对γ射线的自吸收修正通过测量穿透率进行;根据中子源的能谱,对低能中子的影响进行了修正,对铀同位素效应以及衰变链在所测核之后的独立产额也进行了修正,得到了比较准确可靠的测
【关键词】：
【学位授予单位】：中国原子能科学研究院【学位级别】：博士【学位授予年份】：2005【分类号】：O571.4【目录】：
第一章 原子核裂变和裂变产额9-20
1.1 原子核裂变简史9-10
1.2 裂变过程及有关概念10-13
1.3 裂变产物的产额13-15
1.3.1 裂变产物的质量分布13-14
1.3.2 裂变产物的电荷分布14-15
1.4 裂变产额的应用15-16
1.5 裂变产额的测量方法16-18
1.5.1 放化法(RC)16
1.5.2 质谱法(MS)16-17
1.5.3 直接γ能谱法17
1.5.4 在线同位素分离器(ISOL)配合4πβ计数法17
1.5.5 双动能法17-18
1.6 ~(235)U裂变产额的实验数据18-20
第二章 ~(235)U裂变产额随入射中子能量变化的实验研究20-63
2.1.实验过程描述20-31
2.1.1 中子源20-21
2.1.2 样品描述21
2.1.3 双裂变室描述21-22
2.1.4 样品辐照与裂变率监测22-23
2.1.4.1 热中子裂变率监测22-23
2.1.4.2 快中子裂变率监测23
2.1.5 离线γ测量23-24
2.1.6 HPGe探测器效率刻度24-31
2.1.6.1 高位效率刻度24-27
2.1.6.2 低位效率过渡27-30
2.1.6.3 标准源低位直接测量及修正30-31
2.2 数据处理31-46
2.2.1 样品中裂变率的确定31-39
2.2.1.1 标准靶中碎片自吸收修正32
2.2.1.2 裂变率测量漏计率修正32-33
2.2.1.3 甄别阈外推修正33-34
2.2.1.4 热中子穿透率修正34
2.2.1.5 热中子偏离e指数修正34-39
2.2.2 谱文件处理39-40
2.2.3 关于产额计算40-46
2.2.3.1 FYAutoLS的核心思想40-41
2.2.3.2 用FYNorm归类产额41
2.2.3.3 铀样品对产物γ射线的自吸收修正41-44
2.2.3.4 探测几何修正44
2.2.3.5 级联修正44-45
2.2.3.6 堆垒损失修正45-46
2.3 其他重要的修正量46-61
2.3.1 低能中子修正46-52
2.3.2 铀样品同位素对产额的影响修正52
2.3.3 低能中子与铀同位素产额修正的整合52-59
2.3.4 链产额修正59-61
2.4 不确定度分析61-63
第三章 实验结果与讨论63-73
3.1 所用衰变参数63-64
3.2 产额结果64-68
3.3 系统学参数计算68-69
3.4 产额-能量关系初探69-73
第四章 用系统学方法研究产额—能量关系73-85
4.1 参数拟合74-80
4.2 计算各中子能量的链产额80-82
4.3 计算结果与讨论82-85
结束语85-86
作者在攻读博士学位期间从事的工作86-88
参考文献88-90
附录90-117
1.产额计算公式之推导过程90-93
2.裂变产额计算程序FYAUTOLS.f93-98
3.裂变率计算程序FisRatTY，FISRATFY98-101
4.γ自吸收修正公式推导101-102
5.热中子在铀样品中的分布偏离e指数修正公式推导102-103
6.裂变产额系统学研究程序FisSimu简介103-104
7.14.64MeV中子能谱模拟之输入文件104-108
8.气体裂变产物逸出比例研究108-110
9.一个实例：~(147)Nd产额处理详细过程110-117
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