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中子射線是怎樣產生的

更新時間:2025-04-03點擊次數:179

中子射線是由自由中子組成的高能粒子流,其產生主要依賴于核反應或高能物理過程。

以下是幾種常見的產生方式:

1. 核反應堆(核裂變)

  • 原理:通過鈾-235(23?U)或钚-239(23?Pu)等重核的裂變鏈式反應釋放中子。

  • 過程
    當一個重核吸收一個中子后變得不穩定,分裂成兩個較輕的原子核,同時釋放 2-3個快中子 和大量能量。
    這些中子經過慢化劑(如水、石墨)減速后,形成可用于實驗或工業的中子射線。

  • 2. 粒子加速器

  • 原理:利用高能帶電粒子(如質子、氘核)轟擊靶材,通過核反應釋放中子。

  • 常見反應

    • 氘核轟擊鈹靶

      2H(氘核) + ?Be → 1?B → ?Be + 2n(中子)

    • 質子散裂反應
      高能質子(如能量 > 100 MeV)轟擊鎢、鉛等重核時,引發核散裂,釋放大量中子。

3. 放射性同位素中子源

  • 原理:利用α粒子或γ射線與輕核的核反應產生中子。

  • 典型例子

    • 锎-252(2?2Cf)
      自發裂變時釋放中子(每微克每秒約2.3×10?個中子)。

    • 镅-鈹(Am-Be)源
      α粒子(來自2?1Am衰變)轟擊鈹靶,觸發反應:

      α+9Be12C+n

4. 核聚變反應

  • 原理:輕核聚變(如氘-氚反應)釋放中子。

  • 過程

    2H + 3H → ?He + n(14.1 MeV快中子)

    這種反應主要在實驗性聚變裝置(如托卡馬克)或氫DAN爆炸中發生。

  • 5. 宇宙射線與大氣相互作用

  • 自然來源
    宇宙射線中的高能質子與大氣中的氮、氧原子核碰撞,引發核反應并產生次級中子。
    這是地球表面自然本底中子的主要來源。

  • 6. 實驗室中的其他方法

  • 激光等離子體產生中子
    CHAO強激光轟擊氘化靶材,引發微型聚變反應釋放中子。

  • 光致中子發射
    高能γ射線(>2 MeV)轟擊鈹等輕核時,觸發(γ, n)反應。

  • 中子經過慢化或調控后,可應用于中子成像、材料分析、癌癥治療(硼中子俘獲療法)等領域。

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