中子射線的常見分類

2015/2/3 16:19:07

1、熱中子
   熱中子是符合麥克斯韋－玻耳茲曼分布并且其最可幾動能約為kT = 0.0253 電子伏特 (4.0×10−21 焦耳)的自由中子，對應這一動能的速率約為2.2千米/秒。這個速度也是對應于290K（攝氏17度）時麥克斯韋-玻爾茲曼分布下的最可幾速率。常溫下中子與介質的原子核發(fā)生若干次碰撞后，如果沒有被俘獲就會達到這個速率。熱中子通常有比快中子大得多的有效中子俘獲截面，也因此會更容易被原子核吸收，形成更重的、通常也不穩(wěn)定的同位素。這個現像也被稱為中子活化。一些裂變反應堆借助于減速劑實現對快中子的減速，也稱為“熱中子化”。在快中子增殖堆中，快中子被直接利用，沒有減速的步驟。

2、冷中子
   把熱中子冷卻到極低溫度即得到冷中子，比如液氫或液氘。這樣的冷中子源一般放置在研究反應堆或散裂中子源的減速劑里。冷中子源對于中子散射試驗非常重要。冷中子的能量約5x10−5電子伏特至 0.025電子伏特之間。
核聚變反應速率同溫度一起急劇上升，達到峰值，然后漸漸回落。同其它有希望用于發(fā)電的核聚變反應相比，氘−氚（DT）反應速率在較低溫度（70 千電子伏特， 約8億K）達到峰值，而且高于另外的反應。

3、超冷中子
  冷中子通過與溫度只有幾K的物質（比如固體氘或者超流體液氦）發(fā)生非彈性散射后可以得到超冷中子。其能量小于3x10−7電子伏特。

4、快中子
  快中子是在核裂變反應中產生的自由中子，其動能可以達到1 兆電子伏特 (1.6×10−13 焦耳，對應的速度約為14000千米/秒，相當于光速的5%。它們被稱作快中子，以區(qū)別于熱中子和宇宙射線或者加速器中產生的高能中子。核反應中產生的中子符合麥克斯韋－玻耳茲曼分布，其能量在0到~14兆電子伏特之間。鈾−235產生的中子平均能量為2兆電子伏特，且超過一半的中子不是快中子。因此僅僅靠鈾−235裂變產生的中子無法引發(fā)增殖性材料（比如鈾−238和釷−232）的裂變。
  快中子可以通過減速變成熱中子。在核反應堆中，通常使用輕水、重水、或石墨來使中子減速。
5、聚變中子
 氘−氚（DT）聚變反應產生能量較高的中子，動能為14.1兆電子伏特，對應的速度相當于光速的17%。這些中子是快中子能量的近10倍。氘−氚反應也是最容易點火的反應之一。在氘核和氚核的動能達到14.1兆電子伏特的千分之一時，該反應就幾乎達到峰值反應速率。
聚變中子可以有效的引發(fā)不可裂變的重元素（比如錒系元素）的裂變，并釋放出更多的中子。因此，有人提議用將來的托卡馬克氘−氚聚變反應堆來嬗變核廢料中的超鈾元素。散裂中子源也使用14.1兆電子伏特的中子產生中子。
因為聚變中子不是引起裂變就是散裂，它難以被其它核吸收。氫彈核武器正是利用了這一特性。首先，聚變反應產生高能量中子。下一步，不可裂變材料（比如鈾-238）在這些中子的轟擊下發(fā)生裂變。這很顯然帶來了一些核安全和擴散上的問題：如果有人掌握了聚變反應，他們也許就可以用無法制造原子彈的核材料（比如貧化鈾和反應堆級钚）制造熱核武器。
另外一些聚變反應產生的中子能量較低。比如氘−氘（DD）聚變有50%的幾率生成一個2.45兆電子伏特的中子和一個氦-3核；還有50%的幾率生成氚核和一個質子。氘−氦−3（D-3He）聚變不生成中子。

6、中能中子
   能量介于快中子和熱中子之間的中子稱為中能中子。這種中子的能量在1電子伏特至10電子伏特之間。中子俘獲和核裂變的中子反應截面在這個能量區(qū)間有個多共振峰。中能中子在快中子堆和熱中子反應堆中并不重要。但在減速不良的熱中子反應堆中，中能中子可能引發(fā)鏈式反應反應性的變化，使得反應的控制更加困難。
某些核燃料吸收中子后并不一定裂變，比如镮−239，這種性質可以用俘獲/裂變的比率來描述。因為俘獲事件不但浪費了一個中子，而且通常會生成熱中子或中能中子無法裂變的核。鈾−233是個例外。對任何能量的中子，鈾−233的俘獲/裂變比都很好。

7、高能中子
   高能中子是加速器轟擊靶子或高能宇宙射線轟擊大氣層所產生的次生粒子。其能量比快中子高得多。有的高能中子可以擁有數十焦耳的動能。它們具有極強的電離性能，比X射線和質子更能造成細胞的損傷和死亡。