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中子射線的常見分類
1、熱中子
熱中子是符合麥克斯韋-玻耳茲曼分布并且其可幾動能約為kT = 0.0253 電子伏特 (4.0×10−21 焦耳)的自由中子,對應這一動能的速率約為2.2千米/秒。這個速度也是對應于290K(攝氏17度)時麥克斯韋-玻爾茲曼分布下的可幾速率。常溫下中子與介質(zhì)的原子核發(fā)生若干次碰撞后,如果沒有被俘獲就會達到這個速率。熱中子通常有比快中子大得多的有效中子俘獲截面,也因此會更容易被原子核吸收,形成更重的、通常也不穩(wěn)定的同位素。這個現(xiàn)像也被稱為中子活化。一些裂變反應堆借助于減速劑實現(xiàn)對快中子的減速,也稱為“熱中子化”。在快中子增殖堆中,快中子被直接利用,沒有減速的步驟。
2、冷中子
把熱中子冷卻到極低溫度即得到冷中子,比如液氫或液氘。這樣的冷中子源一般放置在研究反應堆或散裂中子源的減速劑里。冷中子源對于中子散射試驗非常重要。冷中子的能量約5x10−5電子伏特至 0.025電子伏特之間。
3、超冷中子
冷中子通過與溫度只有幾K的物質(zhì)(比如固體氘或者超流體液氦)發(fā)生非彈性散射后得到超冷中子。其能量小于3x10−7電子伏特。
4、快中子
快中子是在核裂變反應中產(chǎn)生的自由中子,其動能達到1 兆電子伏特 (1.6×10−13 焦耳,對應的速度約為14000千米/秒,相當于光速的5%。它們被稱作快中子,以區(qū)別于熱中子和宇宙射線或者加速器中產(chǎn)生的高能中子。核反應中產(chǎn)生的中子符合麥克斯韋-玻耳茲曼分布,其能量在0到~14兆電子伏特之間。
快中子通過減速變成熱中子。在核反應堆中,通常使用輕水、重水、或石墨來使中子減速。
5、聚變中子
氘−氚(DT)聚變反應產(chǎn)生能量較高的中子,動能為14.1兆電子伏特,對應的速度相當于光速的17%。這些中子是快中子能量的近10倍。氘−氚反應也是容易點火的反應之一。在氘核和氚核的動能達到14.1兆電子伏特的千分之一時,該反應就幾乎達到峰值反應速率。
因為聚變中子不是引起裂變就是散裂,它難以被其它核吸收。首先,聚變反應產(chǎn)生高能量中子。
另外一些聚變反應產(chǎn)生的中子能量較低。比如氘−氘(DD)聚變有50%的幾率生成一個2.45兆電子伏特的中子和一個氦-3核;還有50%的幾率生成氚核和一個質(zhì)子。氘−氦−3(D-3He)聚變不生成中子。
6、中能中子
能量介于快中子和熱中子之間的中子稱為中能中子。這種中子的能量在1電子伏特至10電子伏特之間。中子俘獲和核裂變的中子反應截面在這個能量區(qū)間有個多共振峰。中能中子在快中子堆和熱中子反應堆中并不重要。但在減速不良的熱中子反應堆中,中能中子可能引發(fā)鏈式反應反應性的變化,使得反應的控制更加困難。
某些核燃料吸收中子后并不一定裂變,比如镮−239,這種性質(zhì)用俘獲/裂變的比率來描述。因為俘獲事件不但浪費了一個中子,而且通常會生成熱中子或中能中子無法裂變的核。鈾−233是個例外。對任何能量的中子,鈾−233的俘獲/裂變比都很好。
7、高能中子
高能中子是加速器轟擊靶子或高能宇宙射線轟擊大氣層所產(chǎn)生的次生粒子。其能量比快中子高得多。有的高能中子擁有數(shù)十焦耳的動能。
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