高等电离辐射防护教程夏益华4第二章电离辐射与物质的相互作用

1、理学院 张慧娟电离辐射与非电离辐射射线的种类很多，能量范围也很宽，但一般只关注，能量大于这个最低能值的辐射称作电离辐射电离辐射。电离辐射凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射，称为电离辐射。带电粒子的辐射带电粒子的辐射：电子、正电子、质子、粒子等。亦可称为直接电离辐射直接电离辐射，带电粒子通过物质时，沿着粒子径迹通过许多次的库伦力的相互作用，将其能量传递给物质。非带电粒子的辐射非带电粒子的辐射：电磁辐射（射线和X射线）和中子等。亦可称为间接电离辐射间接电离辐射，X/射线或中子通过物质时，可能会发生少数几次相对而言较强的相互作用，把其部分或全部能量转移给它们所通过物质中的某带电粒子，然

2、后，所产生的快速带电粒子再按直接致电离辐射的方式将能量传递给物质。 X/射线将其全部或部分能量传递给物质中原子核外的电子，产生次级电子次级电子；中子几乎总是以核反应或核裂变过程产生次次级重带电粒子级重带电粒子。电离辐射与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用射线与物质的相互作用中子与物质的相互作用带电粒子的种类常见的带电粒子：电子、射线、质子、粒子等。重带电粒子粒子、介子、介子、质子、被加速的原子核等电子核外电子、射线（原子核发射出来的高速电子）两者区别：质量不同静止质量大于电子的带电粒子称为重带电粒子电荷数不同电离能力不同自由电子自由电子正离子正离子 e-+ +物质中原物质中原子被电离，子被

3、电离，在粒子通在粒子通过的路径过的路径上形成许上形成许多离子对多离子对+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -库仑作用库仑作用带电粒子穿过靶物质时带电粒子与物质相互作用的方式带电粒子与靶原子核外电子的非弹性带电粒子与靶原子核外电子的非弹性碰撞碰撞带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞撞带电粒子与靶原子核外电子的非弹性碰撞

4、引起原子的电离和激发电离和激发过程。电离激发的过程中，核外电子获得能量，带电粒子的能量减少，速度降低，通过这种方式损失的能量称为电离能量损失电离能量损失带电粒子损失能量的主要方式带电粒子损失能量的主要方式Particles电离和激发具有一定动能的带电粒子与原子的轨道电子发生库仑作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。如果轨道电子获得的动能足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离电离。Particles电离和激发如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，此过程称为激发激发。Particlesu如果电离过程中发射出的电子具有足

5、够高的动能，他也可能与靶原子作用发生二次电离u如果被电离的是内层电子，外层电子向该壳层跃迁时，会发射特征X射线或俄歇电子电离和激发具有一定动能的带电粒子与原子的轨道电子发生库仑作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。如果轨道电子获得的动能足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离电离。Particlesu原子退激激发态的原子不稳定，处在高能态的电子要跳回低能态轨道。u退激过程会发射可见光或紫外线电离和激发如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，此过程称为激发激发。Particles带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞入射带电粒子

6、与物质原子核通过库伦力的相互作用，使入射带电粒子受到排斥或吸引，导致粒子的速度和方向发生变化。当带电粒子加速或减速时必然会产生辐射，这种导致带电粒子骤然变速时伴随产生的电磁辐射称为轫致辐射轫致辐射通过这种方式损失的能量称为辐射损失辐射损失带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞辐射损失辐射损失轻带电离子损失能量的主要方式u重带电粒子由于质量较大，与靶原子核碰撞后运动状态改变不大，辐射损失较电离损失小。u粒子质量较小，与靶原子核作用后运动状态改变显著，辐射损失明显带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶物质原子核在库伦力作用下，只改变带电粒子的运动方向，而作用前后体系的动能和动量保持守恒，这种过程称为弹性

7、散射弹性散射，即卢瑟福散射即卢瑟福散射。这种过程不会使原子核激发也不会产生轫致辐射，只是原子核反冲而带走入射粒子的一部分能量，这种能量损失称为核碰撞能量损失核碰撞能量损失，这种阻止作用称为核核阻止阻止。带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶物质原子核在库伦力作用下，只改变带电粒子的运动方向，而作用前后体系的动能和动量保持守恒，这种过程称为弹性散射弹性散射，即卢瑟福散射即卢瑟福散射。这种过程不会使原子核激发也不会产生轫致辐射，只是原子核反冲而带走入射粒子的一部分能量，这种能量损失称为核碰撞能量损失核碰撞能量损失，这种阻止作用称为核阻止核阻止。说明：说明：如果反冲靶原子核能量较高，也可以与其它原

8、子发生碰撞，造成靶物质的辐射损失 重带电粒子发生弹性散射的几率很小，散射现象不明显，因此其在物质中的径迹是直线。1. 电子的质量小，不仅受到原子核的散射，而且受到电子的散射。多次散射的结果，使电子在物质中的运动方向发生多次改变。此过程是引起电子散射严重的主要因素。此过程是引起电子散射严重的主要因素。带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞过程只有很小的能量转移。这种相互作用方式只是在能量极低（100ev）的电子才会考虑。因此，对粒子的能量损失贡献很小，一般忽略。小结带电粒子在物质中的能量损失方式主要是通过电离和激发、其次为韧致辐射。重带电粒子主要为电离与激发电子主要

9、为韧致辐射与弹性散射带电粒子在物质中的能量损失：电离损失或辐射损失。重带电粒子主要为电离损失电子主要为电离损失和辐射损失描述带电粒子与物质相互作用的几个概念阻止本领阻止本领带电粒子在物质中的能量损失射程射程带电粒子在某种物质中沿着入射方向从进入到最后被物质吸收所经过的最大直线距离比电离比电离单位径迹长度上产生的电离对数阻止本领带电粒子进入物质后，受库伦力相互作用损失能量的过程可以看成是被物质阻止的过程，定义某种吸收物质对带电粒子的线性阻止本领线性阻止本领， 也可以称为粒子的能量损失率能量损失率，或比能损失。线性阻止本领（S）带电粒子在材料中的微分能量损失dE除以相应的微分路径dl，即：根据带电

10、粒子与靶物质原子碰撞过程的分析，能量损失率由电离能量损失率Scol或Sion、辐射能量损失率Srad及核碰撞能量损失率Sn组成，故有：对不同的带电粒子三种能量的损失方式所占的比重不一样。对不同的带电粒子三种能量的损失方式所占的比重不一样。dldESradnionradniondldEdldEdldESSSS)()()(阻止本领为消除密度的影响，常用质量阻止本领描述粒子的能量损失总质量阻止本领带电粒子在物质中的一切能量损失，用总质量阻止本领来表示碰撞质量阻止本领电离能量损失率辐射质量阻止本领辐射能量损失率radcolradcolSSdldEdldES)()()(1)(1碰撞质量阻止本领Bethe

11、-Bloch Formula: stopping power dE/dx: average energy loss per unit path length 22ln2)(122222222IcmMZNcmrdldEeiZAAeecol密度效应修正项碰撞质量阻止本领关于上式的几个结论：（1）电离能量损失率与重带电粒子电荷数电离能量损失率与重带电粒子电荷数z2成正比成正比。库仑力作用（2）电离能量损失率与入射粒子速度电离能量损失率与入射粒子速度v有关，而与质量无有关，而与质量无关关。 作用时间（3）电离能量损失率与物质的电子密度电离能量损失率与物质的电子密度NZ成正比成正比。N表示单位体积内靶物

12、质的原子数，Z是其原子序数，则单位体积内的电子数是NZ。物质密度越大，物质中原子的原子序数越高，则此种物质对粒子的阻止本领越强。 作用时间带电粒子在液体、固体中的能量损失率比在气体中的大，在高原子序数的物质中的能量损失率比低原子序数的物质中的大22ln2)(122222222IcmMZNcmrdldEeiZAAeecol辐射质量阻止本领对一定能量的带电粒子，其辐射损失Bethe-Bloch formula: kinetic energy of particle in units of MeV物质的原子序数越大、带电粒子的电荷数越大，辐射损失越大；带电粒子的质量越大，辐射损失越小。2)()/(2

13、)2(ln12)(1222222FcmIAZNcmrdxdEeAeecol22mZzERL比电离 带电粒子穿过物质时，通过电离和激发产生许多电子离子对，把单位距离上产生的平均离子对数称作比电离比电离，或电离密度电离密度。比电离可用线性碰撞阻止本领来计算，表示带电粒子在单位路程上电离损失的平均能量。厘米）离子对 /()(,WdldEScolip气体中每产生一对离子所消耗的平均能量射程 带电粒子在物质中运动时不断损失能量，最终会停留在物质中。它沿初始运动方向所行进的最大距离称作入射粒子在该物质中的射程射程。入射粒子在物质中行经的实际轨迹长度称作路程路程。射程的大小与粒子的类型、初始能量及吸收物质的

14、性质有关。带电粒子的种类常见的带电粒子：电子、射线、质子、粒子等。重带电粒子粒子、介子、介子、质子、被加速的原子核等电子核外电子、射线（原子核发射出来的高速电子）两者区别：质量不同静止质量大于电子的带电粒子称为重带电粒子电荷数不同电离能力不同重带电粒子与物质的相互作用在我们感兴趣的能量范围内（大约0.1Mev到20Mev）的重带电粒子重带电粒子与物质的主要相互作用有：（1）与原子的电子发生非弹性碰撞，导致原子电离和激发，但粒子的运动方向几乎没有什么变化；（2）电荷交换，即俘获和损失电子；（3）与核的弹性碰撞（卢瑟福散射）；（4）核反应。离子的种类不同，相互作用的方式有所差别。造成能量损失的主要

15、机制是电离和激发，即电离能量损失。辐射损失以及与靶原子与核外电子发生弹性散射损失的能量可以忽略不计。电离能量损失总质量阻止本领可用碰撞质量阻止本领近似表示电离能量损失率与重带电粒子电荷数z2成正比。如和质子的速度相等，物质对粒子的阻止本领是对质子的4倍。带电粒子的电荷越多，能量损失就越大，穿透力越差。22ln2)(122222222IcmMZNcmrdldEeiZAAeecol),()(12IfMZzdldEAcol电离能量损失总质量阻止本领可用碰撞质量阻止本领近似表示电离能量损失率与入射粒子速度v有关，而与质量无关。这是由于重带电粒子的质量远大于电子的静止质量。只要两种入射粒子的速度相等，并

16、具有相等的电荷数，那么他们的能量损失率就相等22ln2)(122222222IcmMZNcmrdldEeiZAAeecol),()(12IfMZzdldEAcol电离能量损失总质量阻止本领可用碰撞质量阻止本领近似表示电离能量损失率与物质的电子密度NZ成正比。N表示单位体积内靶物质的原子数，Z是其原子序数，则单位体积内的电子数是NZ。物质密度越大，物质中原子的原子序数越高，则此种物质对粒子的阻止本领越强。22ln2)(122222222IcmMZNcmrdldEeiZAAeecol),()(12IfMZzdldEAcol电离能量损失电离能量损失率与入射粒子的能量有关电离能量损失率与入射粒子的能量

17、有关。将具有一定能量的质子、氘核、粒子和介子等重带电粒子称为快重带电粒子，将所有z2并失去了部分电子的原子和裂变碎片等粒子称为重离子。在我们所关注的能量范围里，快重带电粒子和重离子的电离能量损失Sion都是最主要的能量损失方式，而辐射能量损失Srad都可以忽略，快重带电粒子的核碰撞能量损失Sn一般很小，但重离子（特别速但重离子（特别速度很低时）的核碰度很低时）的核碰撞能量损失撞能量损失Sn可与可与电离能量损失电离能量损失Sion相相当。当。能量损失能量损失粒子和质子在空气中的相对比电离比电离射程重带电粒子的质量大，它与电子的相互作用不会导致其运动方向有大的改变，其轨迹几乎是直线，射程基本等于路

18、程。能量为E0的带电粒子的射程R可以表示为：一般用实验测定。Device for the determination of the range of particles in air平坦部分说明，虽然计数率没有改变，但粒子的能量减小了；斜坡部分说明，尽管入射粒子的初始能量相同，但由于单个粒子在物质中的能量损失是随机的，因此不同粒子的实际射程不同，围绕平均射程随机分布。Relative number of the particles from 210Po as a function of the distance重带电粒子在物质中的射程平均射程u可以看出粒子的计数率n从开始下降到降为零这段距离内

19、被全部吸收，把计数率下降为一半的透射距离定义为粒子的平均射程平均射程R R0 0.u对曲线a求导得到曲线b，称为微分曲线，代表单位路程上的粒子数随路程的分布，其峰值正好为平均射程R0。u粒子在空气中的射程数据总结出了半经验公式：The Range of in Various Substances电子与物质的相互作用快速电子包括射线（正电子和电子）和单能电子束。由于电子的静止质量约是粒子的1/7000，所以与物质的相互作用及在物质中的运动轨迹都与重带电粒子有很大的差异。快速电子与物质的相互作用有：（1）与原子的电子发生非弹性碰撞，引起原子的电离和激发；（2）核弹性库伦散射，散射严重；（3）在电子

20、减速或加速的过程中发射电磁辐射（轫致辐射）；（4）正电子或负电子的湮灭。虽然电离和激发仍是重要的，但轫致辐射的作用不能随意的忽略。并且在与轨道电子的一次作用中，可以损失相当大份额甚至全部的能量，并显著改变自己的运动方向。电离损失快电子的能量损失率有电离损失和辐射损失组成。快电子与物质相互作用的损失能量率远小于重带电粒子，在相同的能量情况下，电子的速度远大于重带电粒子的速度，因此，电子在单位路程上损失的能量远小于重带电粒子。描述电离能量损失率的公式：电离能量损失率与入射粒子速度电离能量损失率与入射粒子速度v有有关，与物质的电子密度关，与物质的电子密度NZ成正比。成正比。辐射损失带电粒子在原子核库

21、仑场中被减速或加速，其部分或全部动能，转变为连续谱的电磁辐射。其能量损失称为辐射损失辐射损失。可以看出几个结论：（1）辐射能量损失率与辐射能量损失率与m2成反比成反比。粒子质量越小，轫致辐射强度越大。（2）辐射能量损失率与辐射能量损失率与Z2成正比。成正比。电子打到高原子序数的材料时更易产生轫致辐射。用于产生X射线源。（3）辐射能量损失率与粒子能量辐射能量损失率与粒子能量E成正比。成正比。快速电子在物质中的能量损失率可表示为：可以看出：电子的能量低时，电离损失占有主要的地位；而电子能量较高时，辐射损失就会越来越占有重要作用。在相对论能区，有：高能高能 粒子的防粒子的防护中，屏蔽韧护中，屏蔽韧致

22、辐射是重要致辐射是重要的问题的问题能量损失能量损失弹性散射电子穿过物质时，运动方向的改变虽与原子核和核外电子发生非弹性碰撞有关，但主要还是由于原子核的库伦力作用而发生弹性碰撞的结果。弹性碰撞过程中电子的能量变化很小，但方向变化很大，这就是弹弹性散射性散射。电子穿过物质时要先后受到许多次原子核的弹性散射作用，称为多次散射多次散射。经过多次散射后，散射角可以大于90，甚至可能是180，通常把大于90的散射称为反散射反散射。电子在穿透物质时，有严重的散射效应，出射方向偏离较大，径迹曲折杂乱。电子的吸收实验表明，对于不同的吸收介质，m随原子序数的增加而缓慢的上升，对于同一种介质，吸收系数m与粒子最大能

23、量密切相关。对铝有如下经验公式：max17Em射线的射程与粒子的射程不同，粒子没有确定的射程。原因：粒子径迹是直线， 粒子杂乱曲折，射程要比实际路程大很多粒子只是在平均射程附近有明显吸收，而粒子由于能量是连续分布的， 射线在物质中的吸收曲线可看成是不同能量的单能电子的吸收曲线的线性叠加。射线的射程用 射线能谱中的最大能量E max所对应的射程表示射线的射程射线在低Z材料中的射程有如下经验公式， 当0.01E 2.5Mev时：当E2.5Mev时： R0 = 0.530E-0.106 其中，射程R0用质量厚度表示，单位是gcm-2，E为粒子的最大能量，单位是Mev。EERln0954.027.10

24、412.0Absorption of the radiation of 32P in aluminium射线在铝中的射程(mg/cm2)一般放射性同位素产生的射线，在铝中的射程只有零点几毫米到几毫米，比较容易防护。但进入人体表面组织时，可造成细胞损伤，要进行防护。正电子与物质的相互作用正电子在通过物质时，与核外电子及原子核相互作用，损失能量的主要过程和负电子一样，即电离损失和辐射损失。在吸收体中的径迹类似于负电子，其能量损失率及射程也与初始能量相等的负电子相同。特点在于，在其慢化而快终止时，会与介质中的电子发生湮灭而消失，同时放出两个光子。两个湮灭光子能量均是0.511Mev，发生的方向相差1

25、80，即总动量是零。其它形式的辐射其它形式的辐射上述讨论了带电粒子穿过介质时的两种主要的能量损失方式电离损失和辐射损失，这也是能量低于20Mev的带电粒子与物质相互作用损失能量的主要过程。对于高能带电粒子而言，除了上述过程外，还会引起切伦科夫辐射和穿越辐射。切伦科夫辐射切伦科夫辐射是快速带电粒子的速度大于光在介质中的速度而产生的。穿越辐射穿越辐射是快速带电粒子从一种介质突然穿越到另一种具有不同光学特性（如不同介电常数）的介质时产生的辐射。上述两种辐射的能量损失与电离损失相比占的比例很小，特别是低能的粒子，完全可以不考虑在能量损失之中，但是在高能物理中有很重要的意义。射线与物质的相互作用射线和射

26、线两种射线性质大致相同，是不带电波长短的电磁波，一般统称为光子。射线对物质的电离作用：两步作用三种作用效应三种作用效应 光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 电子对效应电子对效应 产生次级电子产生次级电子电离效应电离效应次级电子使次级电子使物质原子电离物质原子电离射线射线初级作用初级作用次级作用次级作用光电效应定义：光子与原子的一个束缚电子相互作用，并将自身所有能量转移给此束缚电子，使之发射出去，而光子本身消失。光电子打出后，在其原来的壳层产生一个空穴，并且原子处于激发状态，这种激发状态不稳定，退激的过程有两种：1）特征特征X射线（产额与射线（产额与Z有关）有关）2）俄歇电子俄歇电子光电子的

27、能量E=h -BeE光电子的动能；h入射光子的能量；EB电子的束缚能。结论：光子的能量必须大于壳层电子的能量才能产生光电效应。1.K层和L层发生光电效应的几率最大。如果入射光子的能量大于K层电子的结合能，则K层电子发生光电效应的几率约为80%；光电效应的截面截面:一个入射光子与单位面积上一个靶原子相互作用的概率。法定单位：cm2和m2。常用单位：靶，用b表示。1b=10-24cm2xINI光电截面ph 对于K壳层电子，发生光电效应的截面光电效应的截面为： 其中，C1、C2为常数。上式表明：u与光子的能量与吸收物质的原子序数有关，与物质所处的化学物理状态无关u低能光子与高原子序数的物质发生相互作

28、用时，低能光子与高原子序数的物质发生相互作用时，光电效应占优势光电效应占优势2522527100)1()1(cmhZhCcmhZhCkk光电子的角分布光电子的角分布与光子的能量有关。光子能量很低时，光电子与入射光子成900角射出的几率最大。随着光子能量的增加，光电子的分布逐渐倾向于前方。康普顿效应能量为h的光子与原子内一个轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射角成 角方向射出（康普顿反冲电子）。此种效应称康普顿效应。康普顿散射截面u在光子能量很低时，康普顿散射截面在光子能量很低时，康普顿散射截面与光

29、子能量无关，仅与与光子能量无关，仅与Z成正比，但当成正比，但当光子能量较高时，截面与光子能量较高时，截面与Z成正比，近成正比，近似地与光子能量成反比。似地与光子能量成反比。u 当入射光子能量增加时，康普顿散射截面下降，但下降速度比光电截面来得慢。)()212(ln)0(2020202020,cmhcmhhcmrZhrZZecc电子对效应当光子从原子核旁经过时，受核库仑场的作用，转化为一个正电子和一个负电子，而光子本身消失，此种过程称为电子对效应。原子核场：能量大于1.02MeV，发生几率大；电子场 ：能量大于2.04MeV，发生几率很小。电子对效应截面1）能量较低时，）能量较低时，p随随E线性

30、线性 增加，高能时，增加，高能时， p与光子与光子 能量的变化就缓慢一些；能量的变化就缓慢一些；2）无论高能低能，都有）无论高能低能，都有 关系。关系。)ln)2202202cmhEZcmhEZp稍大于2Zp 小结1）三种效应发生的几率都随）三种效应发生的几率都随Z值增大而值增大而增大，因此高原子序数的物质对光子增大，因此高原子序数的物质对光子具有更好的阻挡作用，这也是具有更好的阻挡作用，这也是NaI探测探测器探测效率比器探测效率比HPGe高的原因高的原因2）三者随）三者随E的变化不尽相同，的变化不尽相同， k、c都都随随E增加而降低，但增加而降低，但k降低的速度要比降低的速度要比c快的多，快

31、的多， p随随E的增加而增长的增加而增长X、射线与物质的相互作用X、射线是一种比紫外线的波长短得多的电磁波，它与物质相互作用时，能产生次级带电粒子（主要是电子）和次级光子，通过这些次级带电粒子的电离、激发把能量传递给物质；X、射线与物质相互作用， 不是通过多次小能量的损失逐渐消耗其能量，而是在一次作用过程中就可能损失大部分或全部能量；在0.110MeV能量范围内，主要的作用过程是光电效应、康普顿效应和电子对效应；X、射线在物质中不存在射程的概念。中子与物质的相互作用中子的种类中子与物质相互作用的类型作用特点中子的分类类别能量 (eV)能量 (eV)慢中子0103210-3冷中子0.025热中子

32、0.5超热中子11000共振中子中能中子1035105快中子5 105107非常快中子1075107超快中子5 1071010相对论中子1010作用类型散射（弹性散射和非弹性散射）、吸收弹性散射：快中子与轻介质的相互作用非弹性散射：快中子与重介质的相互作用吸收：中子被原子核吸收后，产生其他种类的次级粒子，只有慢中子才能被有效吸收。包括辐射俘获、核裂变、（n，）、（n，p）反应等。作用特点中子不与原子核外层电子发生作用 弹性散射：运动方向改变非弹性散射：中子的一部分能量使核激发、产生光子中子不带电不能直接使原子电离但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应穿透力强弹性散射中子与物质中原子核

33、碰撞时把部分能量传给原子核，带有能量的原子核脱出原子,此原子核称反冲核，而中子本身带着较低能量改变运动方向继续行进成中子散射，这种现象称弹性碰撞。带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引起物质电离和激发。在弹性散射过程中，由于散射后靶核的内能没有变化，它仍保持在基态，散射前后中子靶核系统的动能和动量守恒。在热中子反应堆中，中子从高能慢化到低能起主要作用的是弹性散射。nXnXnXXnXAZAZAZAZAZ101010*110)( 与 H 原子核的弹性碰撞传递能量传递能量 质子跑出来质子跑出来 中子被慢化中子被慢化 n + H n + p n + H n + p 第一步第一步 打出质子（载能）打

34、出质子（载能） 第二步第二步 质子引起物质电离质子引起物质电离 慢化剂慢化剂: : 轻水轻水( (1 1H H2 2O)O) 重水重水( (2 2D D2 2O)O)Hnnp电离电离中子的慢化快中子减速成为较低能量的种子的过程称为中子的慢化。,每次碰撞的平均对数损失元素1H2H7Li9Be12C16O238U1.000.725 0.268 0.209 0.158 0.1208.3810-3N1825678611415021722MeV的中子在不同物质中减速到热能(Ef=0.025eV)的参数322AM轻元素（氢）可以作为快中子的良好减速剂；在中子的防护中，常用含氢物质和原子量小的物质（水、聚乙

35、烯、石蜡、石墨、氢化锂）作为快中子的减速剂。非弹性散射快中子冲入物质原子核内，把部分能量传给原子核，使核处于激发态，中子带着剩余的能量从核内飞出，激发态核从中子得到能量以 光子的形式释出，原子核回到基态，这种现象称为非弹性碰撞。非弹性碰撞中，入射中子的一部分（通常为绝大部分）动能转变成靶核的内能，使靶核处于激发态，然后靶核通过发射射线又反射回到基态。散射前后中子与靶核系统的动量守恒，但动能不守恒。只有入射中子的动能高于靶核的第一激发态的能量时才能使靶核激发，即只有入射中子的能量高于某一数值时才能发生非弹性散射，非弹性散射具有阈能的特点。这种作用这种作用形式在快中子堆中比较常见。形式在快中子堆中比较常见。nXXnXAZAZAZ10*110)()( 中子的吸收中子吸收反应的重要特点是中子消失，是反应堆中影响中子平衡的重要因素。 1）辐射俘获（n，）发生在中子的所有能区，但低能中子与中等质量核、重核作用易于发生这种反应，此反应往往伴随较高的放射性。2）发射带电粒子核反应 3）核裂变 反应堆内最重要的核反应，233U、 235U、 239Pu和 241Pu在各种能量中子作用下均能发生裂变，且低能中子作用下裂变可能性较大，称为易裂变同位素，而232Th、238U、240Pu等只有在中子能量高于某一阈值时才能发生裂变，称作可裂变同位素。 常见的核裂变反应：