中子測量方法

中子測量方法

1中子源強度8.1.1

中子源的主要特性8.1中子源中子源強度是指單位時間內(nèi)發(fā)射的中子數(shù)目，即中子強度。若每次核反應(yīng)只釋放一個中子，該源強度等于單位時間內(nèi)在靶物質(zhì)中所發(fā)生的核反應(yīng)數(shù)目。2中子源能量中子源能量是指中子源所能發(fā)射的中子能量。通常所說的中子能量是指其動能2中子源半衰期源的半衰期是指發(fā)射轟擊粒子的放射性同位素的半衰期。1同位素中子源8.1.2

中子源的類型8.1中子源1）(α,n)中子源

鐳鈹中子源釙鈹中子源镅鈹中子源钚鈹中子源2）自發(fā)裂變中子源（锎(252Cf)

）

2加速器中子源8.1.2

中子源的類型8.1中子源T(d，n)4He反應(yīng)所釋放的能量分配給中子和氦核3加速器中子源該類源的中子來自反應(yīng)堆內(nèi)的鏈式反應(yīng)。8.1.2

中子源的類型8.1中子源常用中子源及分類

8.2.1

核反應(yīng)法8.2中子探測基本原理與方法10B，6Li，3He三種核反應(yīng)的中子截面

8.2.2

核反沖法8.2中子探測基本原理與方法入射能量為E的中子和原子核發(fā)生彈性散射時，中子的運動方向?qū)l(fā)生改變，能量也有所減少，中子減少的能量傳給原子核，使原子核以一定速度運動。這個原子核被稱為“反沖核”。反沖核具有一定的電荷，可以作為帶電粒子來記錄，記錄該反沖核，就可探測到該中子，這種探測中子的方法稱為“核反沖法”。8.2.3

核裂變法8.2中子探測基本原理與方法中子與重核作用可以發(fā)生裂變，裂變法就是通過記錄重核裂變碎片來探測中子的方法。對于熱中子和慢中子，總是選用238U，239Pu，233U做裂變材料。常用裂變閾能探測器材料的特性

8.2.4

活化法8.2中子探測基本原理與方法中子很容易進入原子核，并形成一個處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核，復(fù)合核通過發(fā)射一個或幾個光子迅速躍回到基態(tài)。這種俘獲中子，放出γ輻射的過程稱為“輻射俘獲”，用(n，γ)表示，典型例子是用115In做為激活材料，讓它受到中子照射，可發(fā)生如下反應(yīng)：新生成的核素一般都不穩(wěn)定，本例中生成的116In就是β放射體，并繼續(xù)進行如下衰變8.2.5

中子探測器8.2中子探測基本原理與方法1氣體探測器三氟化硼(BF3)正比計數(shù)管硼電離室裂變室2閃爍探測器硫化鋅快中子屏硫化鋅慢中子屏鋰玻璃閃爍體有機閃爍體8.2.5

中子探測器8.2中子探測基本原理與方法3半導(dǎo)體探測器6LiF中子譜儀3He中子譜儀其它夾心式半導(dǎo)體探測器8.3.1慢中子能譜測量方法8.3中子能譜測量方法1飛行時間法如果將中子質(zhì)量記為m，當確定中子速度v后，按就可推算中子能量E。根據(jù)和，可得到：8.3.1慢中子能譜測量方法8.3中子能譜測量方法2晶體衍射法

中子波在晶體上的反射

當中子波以掠射角θ(不是入射角α)射向晶面時，在相鄰兩個晶面上的反射中子波有2dsinθ的路程差(d為相鄰兩個晶面之間的距離)。當2dsinθ等于波長的整數(shù)倍時，這二支反射波便相干加強，否則就相干減弱甚至抵消。把無數(shù)個平行晶面上的反射累加，便得到相干產(chǎn)生極大的條件，即布喇格公式：8.3.2快中子能譜測量方法8.3中子能譜測量方法1飛行時間法

伴隨粒子法飛行時間譜儀

在快中子能譜測量中，經(jīng)常使用加速器作為中子源的伴隨粒子法。8.3.2快中子能譜測量方法8.3中子能譜測量方法2氫反沖法

反沖核法測量的示意圖

T(d,n)He反應(yīng)的中子譜8.3.3脈沖中子能譜測量方法8.3中子能譜測量方法1由加速器提供脈沖中子源2脈沖反應(yīng)堆中子源3地爆8.4.1中子通量密度和中子密度8.4中子通量密度測量方法如果利用同位素源或加速器來產(chǎn)生中子，一般將其視為點源，并將單位體積內(nèi)出射的中子數(shù)n定義為中子密度(單位為cm-3)，則當中子的出射速度為v(單位為cm?s-1)時，單位時間內(nèi)從單位體積內(nèi)出射的中子數(shù)就是中子密度n和速度v的乘積nv，也就是該點源的中子通量密度Ф。當中子通量密度按能量E具有連續(xù)分布Ф(E)時，則可采用代表能量在E到E+dE范圍內(nèi)的中子通量密度，此時中子的總通量密度為8.4.2測量中子通量密度的基本方法8.4中子通量密度測量方法1標準截面法由于中子不帶電，不能直接探測，而中子與原子核反應(yīng)有可能產(chǎn)生帶電粒子(或生成新放射性核素)，可對帶電粒子(或新放射性核素)進行絕對測量。通常，只要知道了核反應(yīng)截面，通過測量帶電粒子強度(或新放射性核素活度)，就可通過兩者之積來確定中子通量密度。2伴隨粒子法3伴隨粒子放射性法4計數(shù)器測量法8.5.1天然中子測量及應(yīng)用8.5中子測量的應(yīng)用大氣中子來源與分布特點：由地—空界面上升快中子流來確定地質(zhì)介質(zhì)含水率由地—空界面天然中子流來預(yù)測大氣瞬態(tài)變化地—空界面天然中子流產(chǎn)生的輻射環(huán)境問題8.5.2中子活化分析法及應(yīng)用8.5中子測量的應(yīng)用原理：用中子源照射待測樣品，并使之活化成為放射性核素(稱之為感生放射性核素)，通過測量感生放射性核素的放射性現(xiàn)象實現(xiàn)待測樣品的物理分析。待測樣品中的感生放射性核素的γ照射量率為：制備已知待測元素含量的標準樣品，與待測樣品進行同樣條件下的照射和測量，然后比較待測樣品和標準樣品的γ譜，則可實現(xiàn)待測元素含量的確定。Ws為標準樣品的待測元素的含量；Is為標準樣品經(jīng)活化后的照射量率。8.5.2中子活化分析法及應(yīng)用8.5中子測量的應(yīng)用中子活化分析在物理分析中的應(yīng)用：1）在分析高純材料中的應(yīng)用

2）在冶煉工業(yè)中的應(yīng)用

3）在其它方面的應(yīng)用

8.5.3中子測量方法在找礦勘探中的應(yīng)用8.5中子測量的應(yīng)用1中子與地層物質(zhì)的相互作用1)快中子非彈性散射

2)快中子對原子核的活化

3)快中子的彈性散射及其減速過程涉及的物理量

4)熱中子在巖石中的擴散與被俘獲8.5.3中子測量方法在找礦勘探中的應(yīng)用8.5中子測量的應(yīng)用2常見中子測井方法1）利用連續(xù)中子源的測井方法

常見的連續(xù)中子源測井方法有中子γ測井、中子中子測井和連續(xù)活化測井。中子中子測井是利用中子與物質(zhì)相互作用的各種效應(yīng)來研究鉆井剖面巖層性質(zhì)的一組測井方法的