中子辐射

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中子辐射(英语:Neutron radiation)是一种由自由中子组成的电离辐射核裂变的结果是原子会释放出自由中子,这些自由中子与其他原子的核发生反应形成新的同位素,反过来也可能会产生辐射。自由中子是不稳定的,会衰变成质子,电子和反中微子,半衰期为881秒(约15分钟)[1]

来源[编辑]

中子可以从核聚变或核裂变或从任何其他不同的核反应(例如来自放射性衰变或来自粒子相互作用的反应(例如来自宇宙射线或粒子加速器))发射。大的中子源是罕见的,并且通常被限制在诸如核反应堆粒子加速器(例如散裂中子源)之类的大尺寸装置。

通过观察与α粒子反应的核,从而转化成碳核并发射出中子BeαnC,发现了中子辐射。 α粒子发射体和具有大(αn核反应概率的同位素的组合仍然是常见的中子源。

裂变中子辐射[编辑]

核反应堆中的中子通常根据其能量被分类为慢(热)中子或快中子。热中子在能量分布(麦克斯韦 - 玻尔兹曼分布)上与热力学平衡中的气体相似,但容易被原子核俘获,是元素经历核转化的主要方法。 为了实现有效的裂变链反应,裂变过程中产生的中子必须被可裂变的原子核俘获,然后再分裂,释放更多的中子。在大多数裂变反应堆的设计中,由于较高能量中子的较低截面,因此,核燃料不能充分精炼以吸收足够的快中子进行炼式反应,因此必须引入中子调节剂以减慢快中子的速度以允许充分的吸收。普通中子调节剂包括石墨,普通(轻)重水。几个反应堆(快中子反应堆)和所有核武器都依靠快中子。这需要设计核燃料的某些变化。元素铍由于其能作为中子反射器或透镜的能力而特别有用。这使得可以使用较少数量的裂变原料,这是导致中子弹被发明的主要技术发展。

宇宙中子[编辑]

宇宙中子是从地球大气或表面的宇宙辐射产生的中子。粒子加速器中产生的中子可能比反应堆中遇到的能量明显更高。他们大多数的核心在到达地面之前被激发;其中一部分与空气中的核反应。与氮-14的反应导致碳-14被生成,广泛用于放射性碳测年 。

用途[编辑]

冷,和热中子辐射最常用于散射和衍射实验,以评估晶体学,凝聚态物理学,生物学,固态化学,材料科学,地质学,矿物学和相关科学中材料的性质和结构。中子辐射也用于部分设施以治疗癌性肿瘤,因为其对细胞结构具有高度穿透性和破坏性。中子也可用于在使用胶片时进行称为中子射线照相术的工业部件的成像,例如通过图像板进行数字图像的中子放射检查,以及用于三维图像的中子层析成像。中子成像通常用于核工业,空间和航空航天工业以及高可靠性炸药行业。

电离机理和性质[编辑]

中子辐射通常被称为间接电离辐射 。它不以与质子和电子的带电粒子(激发电子)相同的方式电离原子,因为中子没有电荷。然而,中子相互作用很大程度上是电离的,例如当中子吸收导致γ射线并且伽马射线(光子)随后从原子中去除电子时,或者从中子相互作用引起的核反射被电离并导致继续电离其他原子。因为中子是不带电的,它们比α射线或β射线更具穿透性。在某些情况下,它们比伽马辐射更具穿透性,其在原子序数较高的材料中受阻。在诸如氢的低原子序的材料中,低能γ射线可能比高能中子更具穿透性

健康影响和屏护[编辑]

在健康物理中,虽然快中子治疗英语Fast neutron therapy是治疗癌症的利器[2] ,但未经控制的中子辐射可能导致危险,此外,中子辐射在其遇到的大多数物质(包括身体组织)中诱导放射性的能力。这通过原子核捕获中子而发生,原子核被转化为另一个核素 ,通常是放射性核素 。这个过程占据了核子武器爆炸释放的大部分放射性物质。这也是核裂变和核聚变装置的一个问题,因为它逐渐使设备具有放射性,使其最终必须被替代和处置为低放射性废物 。

中子辐射的防护依赖于辐射屏障 。与基于光子或带电粒子的常规电离辐射相比,中子被轻核重复地反弹和减慢(吸收),因此富含氢的材料在屏蔽上比铁核更有效。光原子用于通过弹性散射来减慢中子,因此它们可以被核反应吸收。然而, 伽马辐射通常在这种反应中产生,因此必须提供额外的屏蔽来吸收它。必须注意避免使用经过裂变或中子捕获的核,导致原子核发生放射性衰变 ,产生γ射线。

另见[编辑]

参考资料[编辑]

外部链接[编辑]