中子注量率

中子注量率

在原子核物理學的研究和核能套用有關數據的測量中經常需要測定中子注量率。由於中子不帶電荷,它的探測較為複雜。為了測量方便而又能保證精確度,常常選定一些中子源,對它們的強度進行精確測定,並以它們作為標準,用來標定其他中子源的強度以及中子探測器的效率,這就是中子注量率標準。標準中子源一般都是長期保存並經反覆測定。

中子注量率

正文

在單位時間內進入單位表面積的球內或穿過單位截面積的中子數。這個物理量的一個長期習用的名稱叫中子通量。
中子注量率標準 在原子核物理學的研究和核能套用有關數據的測量中經常需要測定中子注量率。由於中子不帶電荷,它的探測較為複雜。為了測量方便而又能保證精確度,常常選定一些中子源,對它們的強度進行精確測定,並以它們作為標準,用來標定其他中子源的強度以及中子探測器的效率,這就是中子注量率標準。標準中子源一般都是長期保存並經反覆測定。
為了消除測定中可能有的系統誤差,因此常常由許多國家的實驗室對同一中子源進行測定和比對,使結果更為可靠。Ra-Be和Am-Be中子源的半衰期很長,源的強度也容易做得合適,因而常被作為標準中子源。其強度測定誤差可小於 1%。不過它們的缺點是放出的中子不是單一能量的,所以還需要建立其他一些單能中子注量率標準。例如經過絕對測量的反應堆的過濾中子束,加速器產生的T(d,n)4He和T(p,n)3He等核反應的單色中子源等。
中子注量率的測量 分為絕對測量和相對測量兩種。所謂絕對測量是指不依賴任何中子注量率標準的測定,反之為相對測量。對所有的中子注量率標準都要做絕對測量。在中子反應截面測量中,為了提高測量精確度,也往往要對注量率進行絕對測量。
對不同的中子源和實驗條件,要採用不同的方法進行注量率的測定。目前已建立起來的絕對測量方法可以歸納為四類:反衝質子法、伴隨粒子法(又稱核反應法)、伴生放射性法(又稱活化法,以上三類方法可參見中子探測)和慢化法。
反衝質子法 利用中子同氫核的彈性散射產生反衝質子,在含氫物質靶相當薄的條件下,某一能量入射中子的注量率同產生的反衝質子數成正比,測定反衝質子數和其他相關的量,就絕對測定了中子注量率。反衝質子法是快中子注量率測量最基本的方法,常作為一級標準。適用於千電子伏以上能區的中子。
伴隨粒子法 某些中子源,在發射中子的同時伴隨著發出一個輕帶電粒子,如D(γ,n)p、T(d,n)α等。記錄伴隨帶電粒子的數目就定出了中子的數目。
伴生放射性法 在有些用作中子源的反應中, 例如6Li(p,n)6Be等, 剩餘核是放射性的,在衰變過程中發出特定能量的γ射線。絕對測定其強度,就可確定剩餘核的數目,從而得到發出的中子數目。
慢化法 大體上有兩種類型,一種是用一個大體積的中子探測器,如液體閃爍計數器。中子進入探測器後主要同氫核發生多次碰撞而損失能量。如果探測器足夠大,中子在損失其絕大部分能量之前逃不出去,則每箇中子都將通過反衝質子被記錄,效率接近100%,從而絕對測定中子注量率。近年來用的黑中子探測器就是按此原理設計的。測量誤差約為 3%。適用於幾十千電子伏到幾兆電子伏能區。
另一種是用吸收體將經過媒質(如水)慢化後的中子吸收而成為放射性核,轉而測量放射性核的數目。典型的是錳浴法。錳浴是一個大體積的容器,盛有一定濃度的硫酸錳水溶液。溶液的體積要大得足以保證中子得到充分慢化,中子源位於容器的中心。經過一定時間以後,溶液中的中子數目達到平衡:單位時間內被中子注量率Mn核吸收的中子數等於中子源發出的中子數(對少量的其他核對中子的吸收要作修正)。因此測定生成核中子注量率Mn的γ放射性就絕對測定了中子源的強度。誤差小於 1%。作為標準的Ra-Be、Am-Be中子源常用此法來測定其強度。類似的還有釩浴法、定向錳浴法等。
除以上幾類方法外,還有一種已知截面的核反應法,在一定的能區內也用作絕對測量。這方法同反衝質子法在原理上相似,用中子產生帶電粒子的反應,如(n,p)、(n,α)反應來代替氫核的彈性散射。表中列出了常用的幾個核反應的有關參量:反應能以及 0.0253eV和1keV處的截面值。

中子注量率中子注量率
在 0.0253eV附近的能區內,它們的反應截面幾乎等於全截面,因此可以用於絕對測量。它們的反應能是正的而且較大,即使低能中子也能產生較高能量的帶電粒子,便於探測。這些反應適用於千電子伏以下能區,彌補反衝質子法留下的空白。用來絕對測定 0.0253eV中子的注量率誤差約為1%。所用的探測器有3He氣體正比管、BF3氣體正比管、硼片電離室和鋰玻璃探測器等。

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