中子测量方法

中子测量方法

1中子源强度8.1.1

中子源的主要特性8.1中子源中子源强度是指单位时间内发射的中子数目，即中子强度。若每次核反应只释放一个中子，该源强度等于单位时间内在靶物质中所发生的核反应数目。2中子源能量中子源能量是指中子源所能发射的中子能量。通常所说的中子能量是指其动能2中子源半衰期源的半衰期是指发射轰击粒子的放射性同位素的半衰期。1同位素中子源8.1.2

中子源的类型8.1中子源1）(α,n)中子源

镭铍中子源钋铍中子源镅铍中子源钚铍中子源2）自发裂变中子源（锎(252Cf)

）

2加速器中子源8.1.2

中子源的类型8.1中子源T(d，n)4He反应所释放的能量分配给中子和氦核3加速器中子源该类源的中子来自反应堆内的链式反应。8.1.2

中子源的类型8.1中子源常用中子源及分类

8.2.1

核反应法8.2中子探测基本原理与方法10B，6Li，3He三种核反应的中子截面

8.2.2

核反冲法8.2中子探测基本原理与方法入射能量为E的中子和原子核发生弹性散射时，中子的运动方向将发生改变，能量也有所减少，中子减少的能量传给原子核，使原子核以一定速度运动。这个原子核被称为“反冲核”。反冲核具有一定的电荷，可以作为带电粒子来记录，记录该反冲核，就可探测到该中子，这种探测中子的方法称为“核反冲法”。8.2.3

核裂变法8.2中子探测基本原理与方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。对于热中子和慢中子，总是选用238U，239Pu，233U做裂变材料。常用裂变阈能探测器材料的特性

8.2.4

活化法8.2中子探测基本原理与方法中子很容易进入原子核，并形成一个处于激发态的复合核，复合核通过发射一个或几个光子迅速跃回到基态。这种俘获中子，放出γ辐射的过程称为“辐射俘获”，用(n，γ)表示，典型例子是用115In做为激活材料，让它受到中子照射，可发生如下反应：新生成的核素一般都不稳定，本例中生成的116In就是β放射体，并继续进行如下衰变8.2.5

中子探测器8.2中子探测基本原理与方法1气体探测器三氟化硼(BF3)正比计数管硼电离室裂变室2闪烁探测器硫化锌快中子屏硫化锌慢中子屏锂玻璃闪烁体有机闪烁体8.2.5

中子探测器8.2中子探测基本原理与方法3半导体探测器6LiF中子谱仪3He中子谱仪其它夹心式半导体探测器8.3.1慢中子能谱测量方法8.3中子能谱测量方法1飞行时间法如果将中子质量记为m，当确定中子速度v后，按就可推算中子能量E。根据和，可得到：8.3.1慢中子能谱测量方法8.3中子能谱测量方法2晶体衍射法

中子波在晶体上的反射

当中子波以掠射角θ(不是入射角α)射向晶面时，在相邻两个晶面上的反射中子波有2dsinθ的路程差(d为相邻两个晶面之间的距离)。当2dsinθ等于波长的整数倍时，这二支反射波便相干加强，否则就相干减弱甚至抵消。把无数个平行晶面上的反射累加，便得到相干产生极大的条件，即布喇格公式：8.3.2快中子能谱测量方法8.3中子能谱测量方法1飞行时间法

伴随粒子法飞行时间谱仪

在快中子能谱测量中，经常使用加速器作为中子源的伴随粒子法。8.3.2快中子能谱测量方法8.3中子能谱测量方法2氢反冲法

反冲核法测量的示意图

T(d,n)He反应的中子谱8.3.3脉冲中子能谱测量方法8.3中子能谱测量方法1由加速器提供脉冲中子源2脉冲反应堆中子源3地爆8.4.1中子通量密度和中子密度8.4中子通量密度测量方法如果利用同位素源或加速器来产生中子，一般将其视为点源，并将单位体积内出射的中子数n定义为中子密度(单位为cm-3)，则当中子的出射速度为v(单位为cm۰s-1)时，单位时间内从单位体积内出射的中子数就是中子密度n和速度v的乘积nv，也就是该点源的中子通量密度Ф。当中子通量密度按能量E具有连续分布Ф(E)时，则可采用代表能量在E到E+dE范围内的中子通量密度，此时中子的总通量密度为8.4.2测量中子通量密度的基本方法8.4中子通量密度测量方法1标准截面法由于中子不带电，不能直接探测，而中子与原子核反应有可能产生带电粒子(或生成新放射性核素)，可对带电粒子(或新放射性核素)进行绝对测量。通常，只要知道了核反应截面，通过测量带电粒子强度(或新放射性核素活度)，就可通过两者之积来确定中子通量密度。2伴随粒子法3伴随粒子放射性法4计数器测量法8.5.1天然中子测量及应用8.5中子测量的应用大气中子来源与分布特点：由地—空界面上升快中子流来确定地质介质含水率由地—空界面天然中子流来预测大气瞬态变化地—空界面天然中子流产生的辐射环境问题8.5.2中子活化分析法及应用8.5中子测量的应用原理：用中子源照射待测样品，并使之活化成为放射性核素(称之为感生放射性核素)，通过测量感生放射性核素的放射性现象实现待测样品的物理分析。待测样品中的感生放射性核素的γ照射量率为：制备已知待测元素含量的标准样品，与待测样品进行同样条件下的照射和测量，然后比较待测样品和标准样品的γ谱，则可实现待测元素含量的确定。Ws为标准样品的待测元素的含量；Is为标准样品经活化后的照射量率。8.5.2中子活化分析法及应用8.5中子测量的应用中子活化分析在物理分析中的应用：1）在分析高纯材料中的应用

2）在冶炼工业中的应用

3）在其它方面的应用

8.5.3中子测量方法在找矿勘探中的应用8.5中子测量的应用1中子与地层物质的相互作用1)快中子非弹性散射

2)快中子对原子核的活化

3)快中子的弹性散射及其减速过程涉及的物理量

4)热中子在岩石中的扩散与被俘获8.5.3中子测量方法在找矿勘探中的应用8.5中子测量的应用2常见中子测井方法1）利用连续中子源的测井方法

常见的连续中子源测井方法有中子γ测井、中子中子测井和连续活化测井。中子中子测井是利用中子与物质相互作用的各种效应来研究钻井剖面岩层性质的一组测井方法的