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Neutrons 1932: Chadwick發現中子 1935: Goldhaber發現10B(n,α)7Li反應 1936: Locher提出硼中子捕獲作為癌症治療 1939: 以低能量中子誘發在235U中的核反應顯示會釋出數個中子。意味自持鏈反應是可能的。 Dec. 2, 1942: E. Fermi; U. Chicago首次鈾分裂反應器到達臨界。 中子依能量分類 熱中子：E 1 eV (0.025 eV) 超熱中子：1 eV E 10 keV 快中子： 10 keV 中子源 中子能量 反應器 中子在數keV至數MeV 融合反應 14 MeV 大型加速器 幾百MeV 中子的能量沈積 ? 中子依不同的過程產生有寬廣的能量範圍。 ? 就像光子，中子沒有帶電荷且不與軌道上電子作用。 ? 中子穿過物質而未發生交互作用下可行走一段很長的距離。 ? 中子與原子核作用的幾種機制： o 彈性散射 o 非彈性散射 o 無彈性散射 o 中子捕獲 o 核分裂 ? 作用的類型與中子能量有關。 中子源 反應器：分裂中子 例， 10n＋23592U → 14757La＋8735Br＋2 10n Q = 195 MeV 235U分裂釋放的能量在各種產物中的平均分布 (after Turner J. E. Atoms, Radiation, and Radiation Protection, 2nd ed. New York: Wiley-Interscience, 1995. Table 9.5) 帶電分裂碎片的動能 162 MeV 分裂中子 6 分裂γ射線 6 隨後的貝他蛻變 5 隨後的加馬蛻變 5 微中子 11 總計 195 MeV 影像已移除 臨界 平均來說，每次分裂反應放出的幾的中子中確實有一個中子能造成另一次的核分裂反應。 keff = Ni = 存在於某「一代」的中子數目 臨界 若keff = 1 次臨界 若keff 1 超臨界 若keff 1 ? 緩和劑；可減速會與其他235U反應的快分裂中子 ? 控制棒包含硼或鎘(對熱中子有高的作用截面) 加速器中子源 以加速質子(p)或氘(d)產生單能量中子的反應 (after [Turner ], Table 9.1) 反應 Q值 (MeV) 3H(d,n)4He 17.6 2H(d,n)3He 3.27 12C(d,n)13N – 0.281 3H(p,n)3He – 0.764 7Li(p,n)7Be – 1.65 ? 輕金屬用來作為靶以減少庫侖排斥力。 ? 放能反應只需要有一個適當的能量加速器，數百keV。 ? 吸能反應需要許多加速器。 例題： 21H＋31H → 43He＋10n Q = 17.6 MeV 中子能量 ~ 14 MeV 73Li＋11H → 74Be＋10n Q = - 1.64 MeV 中子能量多變 加速質子並須供應額外能量以使反應繼續。 同位素中子源 (α,n)中子源 (after [Turner ], Table 9.2) 來源 平均中子能量 (MeV) 半衰期 210PoBe 4.2 138 天 210PoB 2.5 138 天 226RaBe 3.9 1600年 226RaB 3.0 1600年 239PuBe 4.5 24100年 α射源 + 輕金屬 42He＋94Be → 126c＋10n Q = 5.78 MeV 輕金屬可減除庫侖排斥力。 中子與反跳原子核分配入射α粒子的Q與動能。 中子有連續的能譜。 例如，發射出 ~ 5.1 MeV的阿伐粒子 PuBe源用來提供中子以「啟動」反應器。 光中子反應 ? 光子帶有足夠能量以引發反應。 ? 光中子源發射出單能量中子(若有單一能量光子射入)。 ? 光子能量需要 幾MeV. (γ,n)中子源 (after [Turner ], Table 9.3) 射源 中子能量(MeV) 半衰期 24NaBe 0.97 15.0小時 24NaD2O 0.26 15.0小時 116InBe 0.38 54分 124SbBe 0.024 60天 140LaBe 0.75 40小時 226RaBe 0.7 (最大) 1600年 ?值 20682Pb → 20582Pb＋10n -23.79 → -23.77 + 8.07 中子束縛能 = 8.09 MeV ? 移出中子所需