第一章 基础知识 2教材

核技术与应用导论邹宇斌(zouyubin(at)pku(dot)edu(dot)cn)2014年秋试用讲义，请勿传播第0章绪论王乃彦：中国核技术应用发展前景良好……据介绍，核技术的应用目前已在国防现代化建设、工业、农业、生命、材料、信息科学、环保和人类健康等方面发挥着重要的作用。数据显示，美国、日本的国民经济总产值中，核技术贡献约占3%至4%。但是中国和其相比，从国内需求情况来看，核技术应用情况却存在着明显的差距和不足。王乃彦说，美国核技术生产的年产值约为3500亿美元(其中核能部分约占20%，非核能部分约占80%)；日本约为1500亿美元(核能和非核能各占一半)。而中国核技术应用如果也按照3%至4%比值来测算，年产值应达到1.194至1.592万亿人民币，按2010年中国GDP为39.8万亿人民币相比，其核技术应用的产值相差约为一个数量级。由此，中国核技术应用有着很大的市场和很好的发展前景。……/tech/23383.html本课程主要内容基础知识射线与物质的相互作用射线探测基于原子核特性的技术及应用基于核反应的技术及应用基于射线透射的技术及应用射线的生物学效应及应用课程考核第一章基础知识本章目标学习过核物理的同学回顾没有学习过核物理的同学初步了解展开阅读与自学1.1基础知识核物理基础原子核基本特性原子核衰变原子核反应核数据简介射线源天然放射性宇宙射线天然放射性核素人工放射性反应堆带电粒子加速器人工放射性核素1.1.1原子核的组成图片来源：/abc/wallchart/chapters/01/1.html例：碳12：X元素符号，Z质子数，N中子数，质子和中子质子(proton)：带1.6×10-19库仑(C)正电荷的亚原子粒子，直径约1.6~

1.7×10−15m，质量是938MeV/c²，即1.6726231×10-27kg，大约是电子质量的1836.5倍。质子属于重子类，由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成。自旋为1/2。质子被认为是稳定的或半衰期超过1033年。中子：不带电的亚原子粒子，其质量为939

MeV/c2，即1.6749286×10-27kg。由两个下夸克和一个上夸克构成，自旋为1/2。中子可衰变为质子，放出一个电子和一个反中微子，平均寿命为896秒。同位素：质子数相同而中子数不同 H,D(2H),T(3H);235U,238U同中子异核素：中子数相同而质子数不同T,4He;同量异位素：质量数相同而质子数不同T,3He;14C,14N图片来源：

/sberg/241f08/lec-note/Chem-1.htm/old/chemistry?page=61.1.2原子核的电荷与质量核电荷数与质子数相同质量约等于核子数（质子数与中子数之和）倍原子量((unified)atomicmassunit)1u=1.660566X10-24g即12C原子质量的1/12Electronmass

=0.000548579909(27)u

Protonmass=1.00727646688(13)u

Neutronmass=1.008664915(78)u1.1.3原子核的半径均方根（rms）半径：若假设核电荷或核物质均匀分布在半径为R的球体内，有等效均匀半径：为核电荷或核物质的密度分布可以使用高能电子，核子或光子散射进行测量，测量方法不同得到的半径物理意义不同。http://pntpm3.ulb.ac.be/pans-info/site/html/activities/CHAPT_4.PDF电荷作用半径http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3_E/3Part2_E/3P22_E/nuclear_size_E.htm使用电子散射获得的半径为电荷作用半径，也可以认为是质子分布半径。大多数核的电荷分布可以表示为：核力作用半径使用高能核子、π介子等与核相互作用的散射可以测量核力作用半径，也可以看作是核物质的分布半径。电荷分布半径比核力作用半径小一些。这是可以理解的，因为前者忽略了边界附近中子的存在。核存在中子皮，中子皮约为0.1～0.5fm之间。1.1.4原子核的结合能(bindingenergy)实验测量得到的原子核质量小于构成该核素的核子的质量和，质量差为：该质量差称为质量亏损（massdefect,

massdeficit,

ormasspackingfraction）自由核子组成原子核所释放的能量成为原子核的结合能。这是原子核整体稳定性的度量比结合能表示把原子核拆成自由核子平均对每个核子所需要做的功。表示原子核结合的松紧程度如果忽略电子与原子核构成原子的结合能，可以用原子质量代替原子核质量，原子核的结合能可以改写为常用的表示方法为质量过剩（massexcess）表示原子质量，核素的质量过剩定义为：结合能还可以表示为：比结合能（平均结合能）表示把原子核拆成自由核子平均对每个核子所需要做的功。表示原子核结合的松紧程度http://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Nuclear%20physics/Nuclear%20structure/text/Binding_energy_per_nucleon/index.html1.1.5原子核的角动量原子核角动量的来源：质子和中子均具有半整数自旋角动量核子在核内运动产生的轨道角动量原子核不同状态的自旋量子数不一定相同原子核基态自旋规律：偶偶核自旋为0奇偶核自旋为半整数奇奇核自旋为整数原子核的其他特征能级磁矩电四极矩宇称

常用术语1.核素(nuclide):A,Z都确定的一类核2.同位素(isotopes)和同位素丰度:

1H(99.985%),2H(0.015%)氘,3H氚

20CaA=40,42,43,44,46,48.

50SnA=112,114,115,116,117,118,119,120,122,1243.同中异荷素(isotones)16S20

，

18Ar20，20Ca204.同量异位素(isobars)40Zr，42Mo,44RnA=965.同质异能素(isomers)60Co60mC06.偶偶核(e-e核)、奇奇核(o-o核)(Z,N)7.镜像核(mirrorNuclei)3Li4和4Be3(A=7)……1.2原子核衰变

原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性。能够自发放射各种射线的核素成为放射性核素（Radioactivenucleus），也称为不稳定核素（Unstablenucleus）。1.2.1放射性衰变的基本规律核衰变是原子核自发产生的变化，是一个量子跃迁的过程。核衰变符合量子力学的统计规律。dt时间内发生衰变的数目为：λ为衰变常数，为单位时间内每个原子核的衰变概率剩余核数量随时间变化：指数率的普遍性质：各个粒子的行为相互独立；过程发生的概率与历史无关；在极小的时空间隔中，过程发生的概率正比于该间隔。放射性指数衰减规律，也叫放射性衰变的统计规律，只适合大量原子核的衰变，对少数原子核的衰变行为只能给出概率描写。半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目一半所需的时间：平均寿命是指放射性原子核平均生存时间：Nλt放射性强度：放射性强度单位：贝克勒（Bq）1Bq=1次核衰变/秒常用单位：居里（Ci）1Ci=3.7×1010

次核衰变/秒级联衰变（Chain-decay）规律原子核A衰变的生成核B有可能为放射性核素，核素B的数量变化受到核素A衰变速度及核素B的衰变速度的影响。对于两代衰变：A->B->C如果t=0时无核素B及核素C，则有：暂时平衡：当母体的半衰期长于子体但不是很长时，子体的核数目在时间足够长后将和母体的核数目建立一固定的比例，子体的变化将按照母体的半衰期衰减。当子核B数目最多时：->0NABλAt假设A的半衰期为B的三倍对于多代衰变：1->2->3->4->……->D,假设t=0时只有母体核素，第D代子体原子核数目随时间变化为（Bateman‘sequations）*：

*Cetnar,Jerzy,

GeneralsolutionofBatemanequationsfornucleartransmutations”,

AnnalsofNuclearEnergy

33(7)2006，640–645.当母体的半衰期足够长且远大于子体半衰期时，可形成长期平衡：衰变类型α衰变：放出带两个正电荷的氦核（α粒子）β衰变：β-衰变：放出电子与反中微子β+衰变：放出正电子与中微子电子俘获（EC）：吸收一个核外电子γ跃迁与内转换（IC）：

自发裂变：裂变为两个或几个质量相近的原子核其他衰变模式P放射性：放出质子重离子放射性β延迟质子发射：β衰变后放出质子β延迟中子发射：双β-衰变：同时放出两个电子和两个反中微子α衰变衰变可以表达为：或：衰变过程满足能量守恒：m：核的质量；E：动能衰变能：根据动量守恒有：短射程与长射程α粒子当从母核衰变到子核的激发态时，α粒子能量低于衰变到基态时出射的α粒子，被称为短射程α粒子。当从母核的激发态衰变到子核的基态时，α粒子能量高于从母核基态衰变时出射的α粒子，被称为长射程α粒子。长射程α粒子的产额非常低。Longrangealpha-particleofrange95mmfromThorium图片来源：http:///image/129979/long-range-alpha-particle-early-20th-centuryhttp://nagysandor.eu/AsimovTeka/AlphaExamples/index_en.html核势库仑势A,B为常数，与Z有关I.Perlman,A.GhiorsoandG.T.Seaborg,RelationBetweenHalf-lifeandEnergyinAlpha-Decay,Physicalreview,Vol75,No.7,1949α衰变的半衰期与衰变能关系：

常用的α源：241Am433a,5.638,5.485MeV;239Pu24130a,5.244MeV210Po138.38d,5.304MeV234Pu87.74a,5.593MeVβ衰变衰变表达式衰变反应能β-β+ECi为轨道电子层数，Wi为第i层轨道电子的结合能原子核从何外的电子壳层中俘获一个轨道电子称为轨道电子俘获。俘获K层电子，叫做K俘获，以此类推。K层电子最靠近原子核，一般K俘获概率最大，当WL/C2<MX-MY<Wk/C2,

K俘获不发生,L俘获的几率成为最大。轨道电子俘获产生一个空穴，接着会产生特征X射线或俄歇电子。能发生β+衰变的都可以发生轨道电子俘获，反之不一定。K俘获几率λK与Z3成正比，对于轻核，K俘获几率很小，对中重核β+和EC同时存在，而对于重核则EC过程占优。Thefifthpowerbetadecayrule:thespeedofabtransitionincreasesapproximatelyinproportiontothefifthpowerofthetotaltransitionenergy(ifotherthingsarebeingequal,ofcourse)dependsonspinandparitychangesbetweentheinitialandfinalstateadditionalhindranceduetonuclearstructureeffects–isospin,“l-forbidden”,“K-forbidden”,etc.EbIfIiSomeusefulempiricalrulesFrom：www.nipne.ro/ddep2008/docs/Bucharest_Kondev_logft.ppt与α衰变不同，β衰变出射电子能量并不为单能，据此提出了中微子假设。中微子具有非常小的质量，电荷为0。中微子存在才能保证β衰变能量守恒。/pub/today/archive/archive_2013/images/CMSResult130517_Figure01.jpg出射电子在大约Emax/3的能量上有最大产额1930年W.Pauli提出中微子假设：“只有假定在β衰变过程中，伴随每一个电子一起发射一个轻的中性粒子（此后Fermi称它为中微子），使中微子和电子的能量之和为常数，才能解释连续β能谱”。即，β衰变应为子核，电子和中微子三者关系。于是，衰变能在三者间分配：反冲核质量大，分配到的能量可以忽略，衰变能近似在电子和中微子之间分配。

-衰变的费米理论费米认为：正像光子是原子不同状态之间跃迁的产物，

、中微子是原子核中质子和中子之间转换产生的。-衰变本质是核内一个中子变为质子,+衰变本质是核内一个质子变为中子。导致光子产生的是电磁相互作用，而导致中微子产生的是弱相互作用。中微子被质子俘获的截面：

（1.100.26)10-43cm2一些知识点γ跃迁和内转换原子核衰变后往往衰变到子核的激发态，处于激发态的原子核不稳定，会向基态跃迁，会放出γ光子或内转换电子。γ跃迁是将能量交给光子，而内转换电子则是将能量直接交给核外电子。内转换电子能量表示为：分别为：上能级，下能级及第i层电子结合能释放的γ光子能量为：内转换过程会伴随特征X射线或俄歇电子发射大多数情况下原子核处于激发态的寿命很短，典型为10-14s，有的更短。但有一些激发态处于亚稳态，具有较长的寿命。处于寿命较长（没有精确定义，一般要求大于0.1s）的激发态的核素称为“同质异能素”。表示为：处于同质异能素的核可以同其他处于激发态的核一样通过γ跃迁或内转换电子退激回到基态，也可以直接发生其他衰变。如234mPa核60mCo可以直接发生β-衰变，同质异能素的半衰期明显区别于基态的核素。穆斯堡尔效应为原子核反冲能发射光子能量吸收光子能量反冲能使得发射光子低于衰变能，而入射光子需要高于能级差才能被原子核共振吸收。当发射谱与吸收谱重叠时可以发生共振吸收。能级展宽大于反冲能时才能观察到明显的共振吸收。反冲能远大于能谱展宽时在实验中观察不到共振吸收。使放射源向吸收体进行高速机械运动。根据多普勒效应：共振吸收条件可以恢复将原子束缚在晶体中，相对原子核而言，晶体质量极大，反冲能基本为0。衰变和吸收均成为无反冲过程，这个过程即为无反冲共振吸收，这就是穆斯堡尔效应。核素表ZN/chart/半衰期/chart/衰变类型衰变纲图/chart//relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html/projects/nuclei//janis//dbdata//iso/JANIS-3.4.iso再次回顾放射性活度：1Bq=出射一个粒子/toi.html可参考的资源：收集了一些相关网页1.3原子核反应a：入射粒子；A：靶核；b：出射粒子（一般指轻粒子）；B：剩余核可以简写为A(a,b)B（二体反应）多体反应A(a,b.c.d)B反应道：入射粒子轰击靶核产生的反应不止一种，且随着入射能量增加反应方式增多。每一种核反应过程称为一个反应道。核反应分类按入射能量分（低能：<140MeV；中能：140MeV～1GeV；高能：>1GeV。此分类并无严格规定）按入射粒子分（中子：中子核反应；带电粒子：带电粒子核反应；重离子：重离子核反应；光子：光核反应。。。）按出射粒子分（中子，质子，α，裂变，散裂。。。）按靶核质量数分（轻核反应：A<30；中等核反应：30～90；重核反应：A>90。此分类并无严格规定）核反应中的守恒定则1.电荷数、质量数守恒2.总能量、总动量守恒3.总角动量守恒

4.宇称守恒

Q方程对于核反应：根据能量守恒（忽略电子结合能）：反应能：静质量变化动能变化结合能变化Q>0为放能反应，反之为吸能反应考虑反应能后，核反应表达式表示为：核反应中动量守恒：当靶核静止时：可得到Q方程：一个常用形式：可用于计算特定角度出射粒子动能可以近似采用质量数之比代替质量之比：实验Q值：核反应的剩余核很可能处在激发态上，此时的反应能通常称为实验Q值，用Q’表示。剩余核的激发能为保证反应发生，必须满足：对于放能反应，上式始终满足。对于吸能反应，则需要入射能量大于某个数值才能满足上式，入射能量最小值由下式计算得到：当出射角为0时，对应的入射能量最小。这个能使反应发生的最小入射能量为反应阈能根据：存在Eb(θ)的双值及园錐角限制：

Q<0,如ω<0,但滿足

,根号前取±号,对应同一角度,Eb(θ)有二个值。当ω≥0,即(AB-Aa)Ea+ABQ≥0时,则Ea≥ECT(临界能量),Eb(θ)就没有双值,只有单值,单能阈ECT称为出射单能粒子的最低入射粒子能量小结：Q＜0的反应，Eth＜Ea＜ECT时，取±号，存在

Eb(θ)的双值，同时出射粒子只能在半张角极大值为θLM园錐中出现。

由

定出：

当Ea≥ECT时，取﹢号,Eb(θ)恢复单值。例:T(p,n)3HeQ=-0.764,Eth=1.019,ECT=1.147MeV

7Li(p,n)7BeQ=-1.644,Eth=1.881,ECT=1.918MeV7Li质量过剩：14.908

MeV1H质量过剩：7.289

MeV7Be质量过剩：15.770

MeVn质量过剩：8.071

MeVQ=14.908

MeV

+

7.289

MeV

-15.770

MeV

-8.071

MeV

=-1.644

MeVEth≈(7+1)/7*1.644

MeV=1.88

MeVECT≈7/(7-1)*1.644

MeV

=

1.92

MeVEp=1.882MeV1.918MeV实验室系与质心系2.4.3-1质心系中的运动学的特点1.反应前后总动量均为零,2.质心永远保持匀速直线运动3.反应前L系的总动能等于质心系能量加上质心的动能

反应前质心系能量（入射粒子和靶核相对质心运动的动能之和）约化质量

反应前质心系能量（入射粒子和靶核相对质心运动的动能之和）该式给出质心系能量与入射能量间的关系！在C系中质心系的能量反应前、后之间的关系在C系中出射粒子能量与质心系中出射角无关在C系中在C系中出射粒子能量是各向同性的

实验室出射角与质心系出射角的转换关系

根据动量守恒得到：在质心系中与方向无关出射粒子速度从质心系转换到实验室系：出射角从质心系到实验室系的转换可以用质量数近似表达1γ>1时粒子出射角可以达到180度当γ<1时，粒子出射角小于90度，既为向前出射对于弹性散射A(a,a)A，反应能Q=0，此时：当轻粒子与重核散射时，γ≈0，有：如：相同质量的粒子发生散射是，γ=1，有：如：来自二体的核反应

，可由核反应运动学得到实验系出射粒子能量与质心系出射角的关系式为：

其中，

实验系出射粒子能量与质心系出射角的关系核反应截面和产额1.核反应截面

“截面”：一个入射粒子入射到靶上单位面积内一个靶核的所发生

反应的几率。

“微分截面”：一个入射粒子入射到

靶上单位面积内一个靶核,发生在

方向单位立体角内所

反

应的几率。单位：已知27Al(n,γ)28Al反应截面2mb,靶厚0.2mm,入射中子注量率为106个/cm2.s,求每cm2每秒出射光子数?例一个典型原子核半径为6fm,它的经典截面为反应截面的单位与核的几何大小同数量级。活化截面微分截面和角分布

附；微分截面的实验系与质心系变换弹性散射(n,n)特定条件下,

中子

附；微分截面角分布以勒让德函数分

波展开的形式给出微分截面值核反应的积分截面展开系数

全截面与分截面激发函数核反应产额一个入射粒子在靶中引起的核反应几率

中子反应产额

薄靶：

厚靶：宏观截面

带电粒子反应产额

薄靶:入射粒子E0能损忽略

厚靶:靶厚D大于入射粒子在靶中射程R(E0)核反应中放射性核素的生成中子全截面与各种分截面之间关系核反应机制简介核反应过程的三阶段描述(V.F.Weisskopf1957)

A.中子诱发裂变存在裂变势垒:

由于靶核吸收中子形成髙度激发的复合核，复合核将发生集体振荡，並改变形状。这时有两种力互相间竞争：表面张力使核恢复球形，库仑力使核的变形增大。例如，对拉长的椭球，库仑力使它拉得更长，最终有可以分裂成两块。如图所示裂变过程。中子诱发裂变核裂变阈能:n+AX→A+1X*→A1Y1+

A2Y2

复合核激发能E*=[A

En/(A+1)]+BnA,,裂变位垒Eb,

Enf(th)=(Eb-

BnA)(A+1)/A

靶核ABnA复合核A+1裂变位垒

233U6.6MeV234U6.0MeV易裂变核

235U6.5MeV236U5.90MeV239Pu6.4MeV240Pu5.90MeV

可裂变核

232Th5.1MeV233Th6.4MeV238U4.8MeV239U6.2MeV2.裂变后現象概述

裂变产物是发射中子后裂变碎片的统称，包括β衰变前的初级产物和β衰变子体。一般，裂变产物是很复杂的。如236U的裂变，初级碎片有30-40对。初级碎片又变成次级碎片，最后到稳定核。在这一过程中共有300多种放射性产物。/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.htmlLong-LivedRadioIsotopesHalf-LivesofL.L.Isotopes

在二分裂情况下，对Z≤84和Z>100的核素，AL=AH轻、重碎片对称分布称对称裂变。对Z在90和98之间的核素，低激发能诱发裂变，为非对称裂变，随激发能提髙向对称裂变过渡。裂变能及其分配裂变中子：A.瞬发中子；在裂变后小于10-16S的短时间内，初级碎片发射的中子。B.缓发裂变中子

缓发中子产生于裂变产物的某些

衰变链中。缓发中子的半衰期就是中子发射体的

衰变母核（或称缓发中子先驱核）的

衰变半衰期。按缓发中子半衰期不同，常将它分成几组。缓发中子在反应堆的运行控制中具有十分重要的作用。.C.每次裂变平均中子数放射源天然放射源宇宙射线原生放射性核素人造放射源反应堆人造放射性同位素加速器宇宙射线指来自太阳系、银河系及银河外的带电粒子、中性粒子、X射线和γ射线。在大气层外的宇宙射线为“初级宇宙射线”次级宇宙射线是初级宇宙射线与大气层内的原子核发生反应而生成的次级粒子银河宇宙射线来自于银河各个方向的宇宙射线初级宇宙射线能量：平均1010eV，最高探测到的超过1020eV初级宇宙射线强度：4个/cm2/s，受到太阳活动影响，远离太阳略有增加初级宇宙射线成分：初级宇宙射线中质子（87%）及其它重带电粒子、α粒子、电子、光子和中子等

银河宇宙射线次级宇宙射线是高能宇宙射线与大气中的原子核发生反应产生的一系列次级粒子。其中一半以上是μ介子（由于穿透能力强，被成为“硬成分”），另一个主要部分是电子和光子（软成分），还有核成分，包括大气中子和质子。/hbase/astro/cosmic.html宇宙射线随高度的分布空气簇射（AirShower）/cosmus/projects/aires/iron200gev.gif200GeV铁离子产生的簇射（模拟）太阳宇宙射线太阳宇宙射线是太阳发生耀斑时发射出的高能带电粒子流成分以质子为主，有3-15%的氦核还有少量重核质子能量主要分布在10MeV到1GeV太阳风太阳风是从太阳连续不断向外喷射的等离子体流。是日冕的扩展，延伸至少几个天文单位。成分以质子为主，平均含有4.5%的氦核及少量重离子质子密度8个/cm3，温度4×104K，电子温度105K，太阳风速度320km/s空间X射线与γ射线天文观测中很难区分γ射线与X射线，通常将能量高于0.2MeV的光子认为是γ射线而能量较低的作为X射线。来源于太阳或宇宙；宇宙X射线或γ射线均有各向同性的弥散背景及分立源。由于大气层阻挡，空间X射线很难到达地面，通常用气球或卫星搭载探测器进行探测。宇宙射线激发的次级粒子与大气层或地层中的核发生反应，会生成一些放射性的同位素。其他的一些放射性同位素：10Be,26Al,36Cl,80Kr,14C,32Si,39Ar,22Na,35S,37Ar,33P,32P,38Mg,24Na,38S,31Si,18F,39Cl,38Cl,34mCl.原生放射性核素原生放射性核素是在地球形成时就存在的，它们具有很长的半衰期，或是由长半衰期的核素衰变而得。/~radinfo/introduction/natural.htm放射系一些重的放射性核素衰变后依然是放射性核素，经过一系列衰变成为稳定核素。地壳中存在三个放射系。钍系：从Th-232开始，经过10此衰变到Pb-208；A=4n也称4n系铀系：从U-238开始，经过14次衰变到Pb-206；A=4n+2也称（4n+2）系锕系：从Ac-227得名，从U-235开始，衰变到Pb-207；A=4n+3也称（4n+3）系镎系：从Pu-241开始，衰变到Bi-209，此系中Np-237寿命最长，以此得名；A=4n+1也称（4n+1）系；由于Np-237寿命远小于地球寿命，天然不存在镎系。/extinct.htm钍系铀系锕系人造放射性核反应堆带电粒子加速器人造放射性核素核反应堆目前运行的核反应堆均为裂变堆，裂变堆均基于链式反应。裂变核在发生裂变时会释放出两三个中子，这些中子部分被吸收，部分逃逸，而有一部分可以与裂变核反应进一步发生裂变反应。后一代中子与前一代中子数的比值达到1时裂变就能持续下去裂变产物的组成及其分布A/wiki/Nuclear_fission_product热中子引发的裂变反应生成核随质量的分布每次裂变的产物是不确定的但遵循特定的分布。绝大多数裂变生成两个生成核及若干个中子。裂变产物随生成核质量的积分为200%。裂变能量分配：每个235U裂变释放约200MeV碎片的动能：170MeV

中子的动能：5MeVβ-,γ的能量：15MeV中微子能量：10MeV一个U原子可以提供约185MeV的能量，相当于化学反应的一亿倍！！！一个U原子可以提供2.5中子，可以维持链式反应！1kg235U完全裂变放出的中子、同位素碎片如果被完全收集质量有999g，即消失1g。E=mc2=9x1013J相当于2.5x107

kwh

中子鏈式反应：使裂变反应持续下去的反应称鏈式反应。其最基本的条件：当一个核吸收一个中子发生裂变，而裂变釋放的中子中至少平均有一个中子能又一次引起裂变。

a.一块纯天然U中不会发生鏈式反应:

天然U绝大多数238U(99.3%),En>1.1MeV才能引起238U裂变。若裂变,中子绝大多数经过(n,n’γ)非弹，能量降到1MeV以下，虽235U热中子裂变截面大，但中子在碰撞减速过程中(n,n’γ),(n,n),(n,γ)被238U共振吸收，引起235U裂变几率很小。b.一块纯235U体系:若体积小，大部分中子逃出体外；若体积大，大部分中子能引起235U裂变,十分剧烈，变成核爆炸。c.要实現可控制的鏈式反应需要装置核裂变反应堆。

热中子反应堆:En<0.1eV,需减速剂(弱吸收介质)使裂变中子能量迅速降至热能，天然鈾,重水;低浓缩235U(3%),轻水。

快中子反应堆：En:0.1-1MeV,无减速剂，慢化材料较少。髙浓缩235U20%,239Pu,引起裂变主要是能量较髙中子。全截面与分截面激发函数要实現可控制的鏈式反应需要装置裂变反应堆鏈式裂变反应的临界条件：反应堆的堆芯是一个中子倍增系统。对给定系统，定义一个有效中子倍增(增殖)系数keff,若从“寿命-循环”定义的话，它为新生一代的中子数和产生它的直属上一代中子数之比。因实际中很难确定中子的每“代”的起始和终了时间。实用从中子平衡关系上定义更为方便。统

产

统

统

产

统

统

统

临界条件

无限介质增殖因数

中子的不泄漏几率

有效中子倍增系数/CN/news/news215.shtml中国先进研究堆布局反应堆输出大量的中子，可以作为强中子源。在堆芯附件的中子注量率可达1013~1015n/cm2/s反应堆类型报告题目带电粒子加速器加速器利用一定形态的电磁场将电子、质子、轻重离子等带电粒子加速，使之具有很高的速度甚至接近光速。加速器的主要构成部分：粒子源真空加速室导引聚焦系统束流输运、分析系统CRT显示器通常不会被认为是带电粒子加速器，但它符合加速器的定义，具有加速器所有主要的组成部分。/jsjyjjsjc/kechengjingjiang/1022.htm加速器的分类按加速粒子分电子轻离子：氢、氦及各种同位素的离子重离子：原子序数>2的各种原子的离子微粒子团：带电的微尘及有机分子团按加速电场核粒子轨道形态分直流高压：静电加速器或倍压加速器电磁感应：包括电子感应及直线感应直线共振：利用射频波导或谐振腔中的高频电场进行加速，轨道为直线回旋共振：利用高频电场进行加速，轨道为沿弧线的回旋轨道粒子加速器作为射线源带电粒子源直接利用加速器输出的带电粒子光源利用加速器输出的高能电子产生轫致辐射或同步辐射中子源利用加速器输出的离子束与靶核发生核反应产生中子或利用加速器光源的高能光子进行光核反应产生中子轫致辐射X射线源/c64430/products/d1912451.htmlX射线管工业X光机基于电子加速器的工业探伤系统/hichina1/guochan-ndtqc/rt-tv/chongqingdaxue.html电子速度发生变化，在运动方向产生辐射极限波长/xrd/BOOK01/Book1-104.htm同步辐射光源电子运动方向发生变化，在切向方向产生辐射。同步辐射具有高亮度，宽波谱，高准直，短脉冲及高极化的特点。上海光源布局图/english/2/Layout.htm加速器中子源密封中子管利用氘氘或氘氚反应产生中子，小巧方便，但中子产额小，寿命短小型加速器中子源利用小型加速器加速质子，氘或α粒子轰击靶产生中子，中子产额较中子管高散裂中子源利用大型加速器将质子加速到几百MeV轰击重核