中子探测技术
中子探测技术
中子的概述 中子源 中子与物质的相互作用 中子探测的基本方法和常用中子探测器 中子探测的特点 反应堆用中子探测器
• 中子的概述 • 中子源 • 中子与物质的相互作用 • 中子探测的基本方法和常用中子探测器 – 中子探测的特点 • 反应堆用中子探测器
中子的发现 1932年英国物理学家查德威克在做了用α粒子轰 击硼的实验中发现了中子。( J. Chardwich, Nature Vol.129,312,1932) 中子的发现是核物理发展史上的一个重大转折点, 为核结构和核反应的研究开辟了崭新的道路。 因此,查德威克荣获了1935年的诺贝尔物理奖
• 1932年英国物理学家查德威克在做了用α粒子轰 击硼的实验中发现了中子。(J.Chardwich, Nature Vol.129,312,1932) 中子的发现 中子的发现是核物理发展史上的一个重大转折点， 为核结构和核反应的研究开辟了崭新的道路。 因此，查德威克荣获了1935年的诺贝尔物理奖
中子概述 原子核由中子和质子 元素、核素、同位素 组成,在轻核中含有 几乎相等数目的中子 和质子;在重核中, ammann 140 中子数则大于质子数, 例如238U中共有146个120 中子和92个质子。对100 于一定质子数的核,N80 中子数可以在一定范 均608 围内取几种不同的值, 形成一个元素的不同 β稳定核 中子滴线 同位素 质子滴线 iluuuluuluuluuuluuuuulhmnuult 020406080100120140160180200 中子数N 摘自杨福家《原子核物理》
中子概述 摘自杨福家《原子核物理》 • 原子核由中子和质子 组成，在轻核中含有 几乎相等数目的中子 和质子；在重核中， 中子数则大于质子数， 例如238U中共有146个 中子和92个质子。对 于一定质子数的核， 中子数可以在一定范 围内取几种不同的值， 形成一个元素的不同 同位素。 元素、核素、同位素
中子概述 平均筹命约为837￥085(26年数据),它将获雯歲质 子、电子和反中微子 n=p+e+v+0.782 Mev 由于中子总体呈电中性,它与物质中原子的电子相互作 用很小,基本上不会因使原子电离和激发而损失其能量 因此比相同能量的带电粒子具有强得多的穿透能力。中 在物质中损失能量的主要机制是与原子核发生碰撞 以容易打进原子核内,引起各种核反应。 但实验表明,中子内部有电荷分布
• 原子核内的中子是稳定的。单独存在的中子是不稳定的， 平均寿命约为885.7±0.8 s (2006年数据)，它将衰变成质 子、电子和反中微子。 中子概述 • 由于中子总体呈电中性，它与物质中原子的电子相互作 用很小，基本上不会因使原子电离和激发而损失其能量， 因此比相同能量的带电粒子具有强得多的穿透能力。中 子在物质中损失能量的主要机制是与原子核发生碰撞。 所以容易打进原子核内，引起各种核反应。 • 但实验表明，中子内部有电荷分布。 n p e ν 0.782MeV
中子的性质 质量:mn=1.008665=939565300MeV/c2 自旋:s=1/2,费米子 电荷:0,中性粒子 磁矩:/n=-1.913042 中子寿命:发生β衰变的半衰期T1a2=6139±0.8s
质量：mn ＝1.008665u＝939.565300MeV/c2 自旋：sn ＝1/2, 费米子 电荷：0，中性粒子 磁矩：n ＝－1.913042N 中子寿命：发生－衰变的半衰期T1/2=613.9±0.8 s 中子的性质
中子弹 原子弹、氢弹、中子弹是核武器家族中的3代重要成员。利用聚变燃料, 侧重产生极为短暂的(不到百万分之一秒)的核辐射——中子的爆发 这就是中子弹。中子弹在爆炸中释放大量的高能中子,是以高能中子辐 射为主要杀伤力的小型氢弹 每一种核武器都具有核辐射、冲击波、光辐射等杀伤力,中子弹也有核 以在有效的范闺内杀伤坦克装甲车辆或建筑内的人员。如果有用入可 武器的这些特性,但是中 吉要是靠中子的射起到杀伤用 1000 吨TNT(即黄色炸药)当量的中子弹,在距离爆炸中心800米的核辐射剂 量,是同等当量的裂变核武器的几十倍,但是它爆炸时产生的冲击波对 建筑物的破坏半径只有300米~400米。也就是说,如果有一枚千吨 的中子弹在战场上爆炸,那么800米范围内的人员会被杀伤,被杀伤的人 员并不是马上死去,而是慢慢地非常痛苦地死去,受伤者最长可以拖过7 天的时间。在中子弹爆炸的300米范围之外的建筑和设施,可以毫发不损 可是建筑物中的人员却不能幸免于难。中子弹的这种特性,很适合在战 场上作为战术核武器使用。更合适被称为强辐射武器 世界需要和平
中子弹 • 原子弹、氢弹、中子弹是核武器家族中的3代重要成员。利用聚变燃料， 侧重产生极为短暂的（不到百万分之一秒）的核辐射——中子的爆发。 这就是中子弹。中子弹在爆炸中释放大量的高能中子，是以高能中子辐 射为主要杀伤力的小型氢弹。 • 每一种核武器都具有核辐射、冲击波、光辐射等杀伤力，中子弹也有核 武器的这些特性，但是中子弹主要是靠中子的辐射起到杀伤作用，它可 以在有效的范围内杀伤坦克装甲车辆或建筑内的人员。如果有一个1000 吨TNT（即黄色炸药）当量的中子弹，在距离爆炸中心800米的核辐射剂 量，是同等当量的裂变核武器的几十倍，但是它爆炸时产生的冲击波对 建筑物的破坏半径只有300米~400米。也就是说，如果有一枚千吨级当量 的中子弹在战场上爆炸，那么800米范围内的人员会被杀伤，被杀伤的人 员并不是马上死去，而是慢慢地非常痛苦地死去，受伤者最长可以拖过7 天的时间。在中子弹爆炸的300米范围之外的建筑和设施，可以毫发不损， 可是建筑物中的人员却不能幸免于难。中子弹的这种特性，很适合在战 场上作为战术核武器使用。 更合适被称为强辐射武器。 世界需要和平！
中子核反应 中子同原子核相互作用引起的核反应。中子的重要特征是不带电,不存 在库仑势垒的阻挡,这就使得几乎任何能量的中子同任何核素都能发生 反应,在实际应用中,低能中子的反应更重要的作角。 中子裂变反应。某些重核如2U俘获中子发生裂变,记作(n,f),裂变 同时还放出2~3个瞬发中子,并释放很大的裂变能,这种中子的增殖可 使裂变反应持续不断进行,形成裂变链式反应,这是获取核能的重要途 径 中子辐射俘获。中子被核俘获后形成复合核,然后通过放出一个或多个 光子退激,记作(n,γ),研究γ射线的能谱可以得到复合核能级结构、 辐射过程的信息,(n,γ)反应对一切稳定核都是重要的,基至中子能 量很低时也能发生,(n,γ)反应还是生产核燃料、超铀元素等的童要 反 此外,还有中子的弹性散射和非弹性散射;中子被核吸收可放出2个、3 子的(n,2n),(n,3n).反应;发射带电粒子的(n,ⅹ 反应以及吸收中子不放出中子的中子吸收等等。 中子核反应是获取核能的重要途径,同时在研究核结构和核反应机 制中占重要地位
中子核反应 中子同原子核相互作用引起的核反应。中子的重要特征是不带电，不存 在库仑势垒的阻挡，这就使得几乎任何能量的中子同任何核素都能发生 反应，在实际应用中，低能中子的反应起更重要的作用。 • 中子裂变反应。某些重核如235U俘获中子发生裂变，记作（n，f），裂变 同时还放出2～3个瞬发中子，并释放很大的裂变能，这种中子的增殖可 使裂变反应持续不断进行，形成裂变链式反应，这是获取核能的重要途 径。 • 中子辐射俘获。中子被核俘获后形成复合核，然后通过放出一个或多个γ 光子退激 ，记作（ n，γ ），研究γ射线的能谱可以得到复合核能级结构、 辐射过程的信息，（ n，γ ）反应对一切稳定核都是重要的，甚至中子能 量很低时也能发生，（n，γ） 反应还是生产核燃料 、超铀元素等的重要 反应 。 此外 ，还有中子的弹性散射和非弹性散射；中子被核吸收可放出 2个、3 个…中子的（ n，2n ），（ n ，3n）…反应；发射带电粒子的（n，X） 反应以及吸收中子不放出中子的中子吸收等等。 中子核反应是获取核能的重要途径，同时在研究核结构和核反应机 制中占重要地位
中子星 ·1932年发现中子后不久,朗道就提出可能有由中子组成的致密星。1934 年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生 于超新星爆发。1939年奧本海默和沃尔科天通过计算建立了第一个中子 星的模型。中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形 成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。根据科学家的 老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为 颗中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。 中子星又称为脉冲星。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时,还是一 名女研究生的贝尔,发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经 过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发 出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星。脉冲星发射的射电脉冲的 周期性非常有规律 开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外 星人在向我们发电报联系。据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人 ”9,经过几位天文学家、年的努力,终于证实,脉冲星就是正在快速 省转的子星。企是面李它的快速自转而发射至电脉
中子星 • 1932年发现中子后不久﹐朗道就提出可能有由中子组成的致密星。1934 年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念﹐而且指出中子星可能产生 于超新星爆发。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个中子 星的模型。 中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形 成的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。根据科学家的 计算，当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时，它就有可能最后变为 一颗中子星，而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。 • 中子星又称为脉冲星。 脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一 名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经 过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发 出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。脉冲星发射的射电脉冲的 周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外 星人在向我们发电报联系。据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一 号”。经过几位天文学家一年的努力，终于证实，脉冲星就是正在快速 自转的中子星。正是由于它的快速自转而发射出电脉冲
中子测井 长源距探测 短草距探测 热运动阶捏 ·1941年中子就开始用于石油测井 中子测井的目的是利用中子与钻井周围岩石和开内物质 相互作用,探测地层岩石及其孔隙流体的化学元素和含 量,为寻找石油、煤、金属和非金属矿产提供依据。 中子穿透力大,中子测井可在钻井条件下勘探钻孔周围 原始地层,不取样就能快速分析地层的岩性、构造形态、 成份、矿产资源分布。 石油、气、煤及地矿大规模勘探与开发的需求,促使中 子测井技术不断发展和更新,而核物理、核地质学及核 电子学的发展又使中子测井的技术发展和更新成为可能
中子测井 • 1941年中子就开始用于石油测井。 • 中子测井的目的是利用中子与钻井周围岩石和井内物质 相互作用，探测地层岩石及其孔隙流体的化学元素和含 量，为寻找石油、煤、金属和非金属矿产提供依据。 • 中子穿透力大，中子测井可在钻井条件下勘探钻孔周围 原始地层，不取样就能快速分析地层的岩性、构造形态、 成份、矿产资源分布。 • 石油、气、煤及地矿大规模勘探与开发的需求，促使中 子测井技术不断发展和更新，而核物理、核地质学及核 电子学的发展又使中子测井的技术发展和更新成为可能