中子物理.ppt
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原子的结构完整版PPT课件
工业领域应用
放射性同位素可用于材料 检测、无损探伤、辐射加 工等。
其他领域应用
放射性同位素还可用于科 学研究、环境保护、农业 生产等领域。
放射性同位素对环境影响及安全防护措施
对环境影响
放射性同位素衰变产生的射线会对环境和生物体造成危害，如污 染空气、水源和土壤等。
安全防护措施
为了保障人类和环境安全，需要采取一系列安全防护措施，如合 理选址、屏蔽防护、废物处理等。
放射性同位素概念及来源
放射性同位素定义
01
具有相同原子序数但质量数不同的同位素，能自发地放出射线
并转变为另一种元素。
放射性同位素来源
02
天然放射性元素和人工合成放射性元素。
放射性同位素衰变类型
03
α衰变、β衰变和γ衰变。
放射性同位素在医学、工业等领域应用
医学领域应用
放射性同位素可用于诊断 和治疗疾病，如放射性碘 治疗甲状腺疾病、PET扫 描等。
过渡元素位于周期表中间部分， 包括3~12列的元素。它们具有 多种氧化态和丰富的化学性质， 是构成众多合金和催化剂的重要
成分。
稀有气体元素
稀有气体元素位于周期表的最右 侧，它们具有稳定的8电子构型 （氦为2电子构型），化学性质 极不活泼，一般不易与其他物质
发生化学反应。
04
化学键与分子间作用 力
化学键类型及特点
分子间作用力影响物质的物理性质
分子间作用力主要影响物质的熔点、沸点、密度、硬度等物理性质。一般来说，分子间作用力越强，物质的熔点 、沸点越高，密度越大，硬度也越大。例如，氢键的存在使得水的熔沸点异常高，范德华力则主要影响由分子构 成的物质的物理性质。
05
原子光谱与能级跃迁
质子、中子、电子和它们的反粒子粒子的发展概况知识讲解
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实验证明，除轻子还未发现有任何内部结构外， 核子、超子、介子即所有的强子都还能细分。
相互作用过程中遵守守恒定律： 能量守恒定律、动量守恒定律
角动量守恒定律、电荷量守恒定律 1964年盖尔曼等人提出强子由夸克组成。他认 为所有强子都是由三种夸克组成，这三种夸克分
别称为上夸克、下夸克、奇异夸克，分别用u、d、
弱作用 1012
引力作用
1039
作用范围 (m)
作用时间(s)
被作用粒子
1015
1023
强子
1017
10 20~10 16
1010
强子、轻子 强子、轻子 一切物体
传递子
介子
光子 中间玻色子 引力子
举例
核力 原子结合
β衰变 天体之间
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四、强子的夸克模型
原子由原子核和电子构成，原子核是由质子 和中子构成，那么质子、中子内部是否还有内部 结构？
ห้องสมุดไป่ตู้上页 下页 返回 退出
3.电磁相互作用
一切具有电荷或磁矩的全部粒子包括强子和轻 子都参与电磁相互作用。电磁相互作用通过电磁场 交换光子来实现。一些基本粒子通过电磁相互作用 发生衰变。电磁相互作用的强度比强相互作用弱， 电磁力的大小与物体间距离的平方成反比。
Fkq r 1q 22 k9109N m 2/kg2
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m 0c 2
光子 产生 湮没
两个
0
m 0c2
空位 空位
自由电子的能量区域
电子偶的产生和湮没
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二、粒子的分类
按照参与的相互作用分为： 1.轻子
实验证明，除轻子还未发现有任何内部结构外， 核子、超子、介子即所有的强子都还能细分。
相互作用过程中遵守守恒定律： 能量守恒定律、动量守恒定律
角动量守恒定律、电荷量守恒定律 1964年盖尔曼等人提出强子由夸克组成。他认 为所有强子都是由三种夸克组成，这三种夸克分
别称为上夸克、下夸克、奇异夸克，分别用u、d、
弱作用 1012
引力作用
1039
作用范围 (m)
作用时间(s)
被作用粒子
1015
1023
强子
1017
10 20~10 16
1010
强子、轻子 强子、轻子 一切物体
传递子
介子
光子 中间玻色子 引力子
举例
核力 原子结合
β衰变 天体之间
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四、强子的夸克模型
原子由原子核和电子构成，原子核是由质子 和中子构成，那么质子、中子内部是否还有内部 结构？
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3.电磁相互作用
一切具有电荷或磁矩的全部粒子包括强子和轻 子都参与电磁相互作用。电磁相互作用通过电磁场 交换光子来实现。一些基本粒子通过电磁相互作用 发生衰变。电磁相互作用的强度比强相互作用弱， 电磁力的大小与物体间距离的平方成反比。
Fkq r 1q 22 k9109N m 2/kg2
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m 0c 2
光子 产生 湮没
两个
0
m 0c2
空位 空位
自由电子的能量区域
电子偶的产生和湮没
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二、粒子的分类
按照参与的相互作用分为： 1.轻子
中子的性质及分类及13.2中子源及13.3中子与物质的相互作用
252
中子产额：2.32×106n/sμg 半衰期：2.66年 中子平均能量：2.13MeV 伴随有较强的γ射线，γ发射率：1.3×107/sμg
Cf 142 Ba 106 Mo 4n
Watt分布
N ( E ) C exp( E
) sinh(2.926E ) 1.025
4
3
Q 3.269MeV En 2.5MeV Q 17.59MeV
En 14MeV
中子发生器
（D,D），（D,T）反应
（D,D）反应比（D,T）反应的截面小约2 个量级。 一般常用的是（D,T）中子发生器。
产额多在108n/s。
寿命：几十到几千小时 用途：石油测井、在线元素分析
即使是非裂变核，如W，Pb和Hg， GeV的质子仍可提供足够的能量使 之发生分裂。
除去分裂之外，其它的反应过程都是吸热 的。 相当一部分入射质子的能量消耗在中子 的分离能上。约6 MeV/中子，动能为 2-3 MeV/neutron。
The Spallation Neutron Spectrum
0.10
0.511MeV
X射线的角分布
0.08 0.06
General Rate = 1.469p/e Average Energy = 1.328MeV
Rate
0.04 0.02 0.00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Energy (MeV)
在X射线检测过程中，电子加速器产生的大量X 射线只有极小一部分被用于成像。 其它大多数都被当作“废物”而屏蔽掉了。 利用（γ,n）反应，可以将这些没有用到的X射 线利用起来，使之转化为光中子，从而可以用 于中子技术分析。
中子物理
• 散裂中子源 • 当一个中等能量的质子打到重核（钨、汞等元素）之后会 导致重核的不稳定而“蒸发”出20-30个中子，这样重核 “裂开”并向各个方向“发散”出相当多的中子，大大提 高了中子的产生效率，按这种原理工作的装置称为散裂中 子源。 • 中国散裂中子源（CSNS）是我国“十一五”期间重点建 设的十二大科学装置之首，是国际前沿的高科技多学科应 用的大型研究平台。该项目总投资约23亿元，由中国科学 院和广东省人民政府共同建设，将于2018年前后建成。建 成后将成为中国最大的科学装置，在世界上是第三大散裂 中子源装置，仅次于美日，是英国散裂中子源功率的4倍， 构成世界四大脉冲式散裂中子源。
第三节 中子和物质的相互作用
• 1、中子和宏观物质的相互作用 • 中子在介质中与介质原子的电子发生相互作用可以忽略； • 中子与原子核的作用，根据中子的能量，可以产生弹性散 射、非弹性散射、辐射俘获和裂变等，用σs、σs’、σγ、σf 表示其截面； • 总截面σt＝ σs＋σs’＋σγ＋σf＋… • 吸收截面σa＝ σγ＋σf
第五节 中子的扩散
• 中子源发出的中子一般都是快中子，由于慢化而成热中子， 当Σs>>Σa，即λs<<λa时，热中子并不会马上消失，还会在 介质中不断运动，并和原子核不断碰撞。这是中子和介质 的能量交换达到平衡，其效果就是中子从密度大的地方不 断向密度小的地方迁移，这过程称为中子的扩散。
• 有关中子在介质中扩散的行为在反应堆设计中时很重要的， 在中子的其他应用问题上也是经常要考虑的。
• 散裂中子源
• 2、反应堆中子源
• 利用重核裂变，在反应堆内形成链式反应，不断地产生大 量中子，特点是中子注量大，能谱形状比较复杂。 • 反应堆内中子能谱不是裂变中子谱，特别是热中子反应堆。 低能部分可用一定温度的麦克斯韦分布拟合，高能部分答 题服从1/E分布，有时称为费米谱。 • 总的来说一个反应堆产生的中子能谱是复杂的，为了从反 应堆中得到单能中子，一般利用晶体单色器、过滤器和机 械转子等。
中职《物理》教学课件 第六章 原子和原子核
把轻核结合成质量较大的核，释放出 核能的反应，叫作轻核聚变。聚变反 应又叫作热核反应。
二、轻核聚变
PA R Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱTWO
核能 核技术
核能（或原子能）是通过核反应从原子核释放的能量。核能主要通过两种核反应获取：重核裂 变，较重的原子核分裂释放结合能（图6-2-1）；轻核聚变，较轻的原子核聚合在一起释放结合能 （图6-2-2）。轻核聚变能比重核裂变释放出更多的能量。
一、重核裂变
科学家将重原子核分裂成两个中等质量原子核的过程， 叫作重核裂变。以铀235为例，中子打入铀的原子核以 后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新 原子核，这是核的裂变反应。由重核裂变产生的中子使 裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链 式反应。通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积 叫作它的临界体积。重核裂变反应后产物的总质量比反 应前反应物的总质量减少了，这种现象叫作质量亏损。
原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。
二、天然放射现象
像铀、钋、镭等物质放射射线的性质叫作放射性。具有放射性的元素叫作放射性元素。 放射性元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象。
三、原子核的组成
质子和中子是组成原子核的两种基本粒子，统称为核子，它们共同组成原子核。
原子和原子核
原子结构 核能 核技术
PA R T ONE
原子结构
物质是由大量分子组成的，分子是由原子组成的。19世纪以前，人们一直认为原子是组成物质 的最小单元，是不可再分的。随着科学家对原子内部的探究，人们发现原子并不是组成物质的最小 微粒（图6-1-1）。
一、原子的核式结构
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着原子核旋转。原子核所带的 正电荷数等于核外的电子数，整个原子是电中性的。
中子
一、中子的性质和中子源
1 中子的发现 1932年，英国物理学家詹姆 斯·查德威克用α粒子轰击铍核，发 现实验所产生未知射线不会被磁场偏 转，行进速率仅是光速的十分之一左 右；质量数和质子相当；并具有很强 的穿透本领；在威尔逊云室内证明它 不能直接产生电离作用，基本上不带 电荷。 因此查德威克命名此射线为“中 子”。
4 中子源
（1）放射性中子源： （ α ，n）反应：α＋9Be→ 12C＋n （ γ ，n）反应： γ＋9Be→ 8Be ＋n （2）加速器中子源 （3）反应堆中子源
二、 中子与原子核的相互作用
中子与物质相互作用比较复杂， 有如下过程：
弹性散射(n,n)
非弹性散射(n,n’)
辐射俘获(n,γ) 裂变(n,f) (n,n) 和 (n,γ) 反应是最普遍的核反应。对于轻核和中量核，弹性散射是最主要的反应方 式，其它形式的反应几率很小。由于中子与轻核主要的相互作用过程是弹性散射，而且当 中子能量不高的时候， s 近似为常数，因此常用轻核（H,2H,C）构成的材料做中子慢化剂。 慢中子与重核相互作用中，辐射俘获是主要的过程。 非弹性散射通常在快中子与中、重核相互作用时发生，反应的阈能 Eth：
1 b=10-28m2
宏观截面 ∑= N σ 宏观散射截面： ∑s= N σs 宏观吸收截面： ∑a= N σa 平均自由程 中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用 之间穿行的平均距离叫做平均自由程。 λ=1/Σ λs=1/Σs λa=1/Σa λt=1/Σt 3
三、中子的慢化
1 弹性散射时能量的变化
中子性质 质量：mn=1.008665u=939.5731MeV/c2 自旋：sn=1/2，费米子，遵守泡利不相容 原则，服从费米统计 电荷：近似为0 磁矩：μn=（－1.91304308±0.00000054） Μn 寿命：T1/2=10.60分 3 分类（按能量分） （1）特快中子：En＞10MeV （2）快中子： 10MeV＞ En ＞0.5MeV （3）中能中子：500keV ＞ En ＞1keV （4）慢中子： 1keV ＞ En ＞0 热中子：En ≈0.025eV 2
1 中子的发现 1932年，英国物理学家詹姆 斯·查德威克用α粒子轰击铍核，发 现实验所产生未知射线不会被磁场偏 转，行进速率仅是光速的十分之一左 右；质量数和质子相当；并具有很强 的穿透本领；在威尔逊云室内证明它 不能直接产生电离作用，基本上不带 电荷。 因此查德威克命名此射线为“中 子”。
4 中子源
（1）放射性中子源： （ α ，n）反应：α＋9Be→ 12C＋n （ γ ，n）反应： γ＋9Be→ 8Be ＋n （2）加速器中子源 （3）反应堆中子源
二、 中子与原子核的相互作用
中子与物质相互作用比较复杂， 有如下过程：
弹性散射(n,n)
非弹性散射(n,n’)
辐射俘获(n,γ) 裂变(n,f) (n,n) 和 (n,γ) 反应是最普遍的核反应。对于轻核和中量核，弹性散射是最主要的反应方 式，其它形式的反应几率很小。由于中子与轻核主要的相互作用过程是弹性散射，而且当 中子能量不高的时候， s 近似为常数，因此常用轻核（H,2H,C）构成的材料做中子慢化剂。 慢中子与重核相互作用中，辐射俘获是主要的过程。 非弹性散射通常在快中子与中、重核相互作用时发生，反应的阈能 Eth：
1 b=10-28m2
宏观截面 ∑= N σ 宏观散射截面： ∑s= N σs 宏观吸收截面： ∑a= N σa 平均自由程 中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用 之间穿行的平均距离叫做平均自由程。 λ=1/Σ λs=1/Σs λa=1/Σa λt=1/Σt 3
三、中子的慢化
1 弹性散射时能量的变化
中子性质 质量：mn=1.008665u=939.5731MeV/c2 自旋：sn=1/2，费米子，遵守泡利不相容 原则，服从费米统计 电荷：近似为0 磁矩：μn=（－1.91304308±0.00000054） Μn 寿命：T1/2=10.60分 3 分类（按能量分） （1）特快中子：En＞10MeV （2）快中子： 10MeV＞ En ＞0.5MeV （3）中能中子：500keV ＞ En ＞1keV （4）慢中子： 1keV ＞ En ＞0 热中子：En ≈0.025eV 2
第三章：中子慢化与慢(核反应堆物理分析)
1 l 2
2 sin c dc 2 3A A 2 A cosc 1
A cosc 1
某介质的宏观散射截面与中子平均对数能降的乘积。
慢化剂的慢化能力与其热中子宏观吸收截面的比。
元素
A
把裂变中子慢化至1eV平 均所需的碰撞次数 15
H
1
0
1.000
D
Be C O U
E (αE, E)
必然存在
u
u
f (u u )du 1
平均对数能降
能量为E0的中子与慢化剂核n次碰撞，能量依次降为
E1,E2,……En，则：
E0 E0 E1 En 1 En E1 E2 En
E0 E0 En1 E1 ln ln ln ln En E1 E2 En En 1 ln En n
§3.2 无限均匀介质内中子的慢化能谱
各类反应反应率 精确描述 不仅与介质的慢化能力和吸收性等特性有关， 严格讲它还是空间坐标r 的函数，并与反应堆的泄 漏大小有关 简化模型 无限均匀介质内（无泄漏，无空间变化）的中 子慢化能谱来近似地表示 中子的慢化能谱
无泄漏，无空间变化
反应率概念予以 推广，将能量变 化包含在内
2
9 12 16 238
0.111
0.640 0.716 0.779 0.983
0.726
0.207 0.158 0.120 0.0083
20
70 92 121 1700
1.6 弹性慢化时间和中子扩散时间
ts td
弹性慢化时间
经过n次碰撞，到达热区
一般在10-4-10-6s
中子扩散时间
中子
中子慢化与核能
中子慢化被认为是中子带来的一系列新课题之中 最有影响力的一项。原子能时代的开启， 最有影响力的一项。原子能时代的开启，很大程 度上缘于中子的发现和中子慢化技术的飞速进展。 度上缘于中子的发现和中子慢化技术的飞速进展。
在查德威克和约里奥居里夫妇的发现为人所知后，科学界 在查德威克和约里奥居里夫妇的发现为人所知后， 的新锐费米很快意识到了中子的优势， 的新锐费米很快意识到了中子的优势，投入到了放射性核 素的制造之中。 素的制造之中。 1934年费米小组的成员偶然发现了中子慢化后反应率的提 年费米小组的成员偶然发现了中子慢化后反应率的提 高，费米很快对此做出了相关解释，并获得了1938年诺贝 费米很快对此做出了相关解释，并获得了 年诺贝 尔物理学奖。 尔物理学奖。
二战期间原子弹被成功 研发。 研发。
威力强大的中子弹
·中子弹的本质是一枚小型氢弹（氘氚聚变反应） 中子弹的本质是一枚小型氢弹（氘氚聚变反应）
·中子弹去掉了氢弹外 的贫铀中子吸收层， 的贫铀中子吸收层，并 且使用铍反射层增殖中 子，减少了放射性元素 的产生， 的产生，以中子辐射为 主要杀伤力， 主要杀伤力，具有和原 子弹氢弹完全不同的效 果。 ·中国的中子弹之路与研究可控核聚变之路密切相伴。 中国的中子弹之路与研究可控核聚变之路密切相伴。
中子与核裂变的发现
中子轰击含氢物质时，由于质量相当， 中子轰击含氢物质时，由于质量相当，中子能量会很快传递 给含氢物质，中子能量从而大大降低，更容易被靶核俘获。 给含氢物质，中子能量从而大大降低，更容易被靶核俘获。 因此含氢较高的物质成为理想的慢化剂，如重水、轻水、 因此含氢较高的物质成为理想的慢化剂，如重水、轻水、石 蜡等。 蜡等。 更多人投入到了费米的工作中来：用中子照射铀， 更多人投入到了费米的工作中来：用中子照射铀，意图经过俘 获中子和β衰变得到更高原子序数的元素 衰变得到更高原子序数的元素。 获中子和 衰变得到更高原子序数的元素。 1934～1938年间，许多人做了这种实验，但是不同的研究者 年间， ～ 年间 许多人做了这种实验， 得到了不同的结果。 得到了不同的结果。 1938年 1938年，哈恩和斯特拉斯曼做了一系列严格的化学实验来鉴别 这些放射性产物，结论是： 这些放射性产物，结论是：所谓的镭和锕实际上是原子量远比 它们为小的钡和镧。核裂变正式发现。 它们为小的钡和镧。核裂变正式发现。 1946年，在居里实验室工作的钱三强和何泽慧等人发现了三 年 分裂与四分裂，后来五分裂也被发现。 分裂与四分裂，后来五分裂也被发现。
中子星物理导论
精彩摘录
“中子星也可以作为研究核结构和强相互作用的重要实验室。由于中子星中 的物质处于极端条件下，因此其结构和性质也与地球上的物质存在很大差异。这 些差异可以帮助我们更好地理解强相互作用和核结构。”
精彩摘录
《中子星物理导论》这本书中的精彩摘录展示了中子星所具有的重要意义和 价值，为我们对物理学和天文学的深入研究提供了许多启示和思考。
目录分析
这一章主要介绍了中子星的结构，包括中子星壳、中子星核和中子星内部等。 其中，中子星内部包括内核和中间层等。该章还讨论了中子星的多态体特性。
目录分析
这一章详细介绍了中子星的性质，如：热辐射、密度和状态方程、量子效应 和热力学性质等。这些性质反映了中子星内部的基本物理过程。
目录分析
这一章主要介绍了一些常用的观测方法和技术，以发现和研究这种高密度物 质的新特性，并检验高能物理学理论的有效性。也包括射电观测、X射线观测和 引力波观测等。
阅读感受
书中，作者们详细地介绍了中子星的各种特性，包括其形成、结构、动力学 行为以及与外部世界的交互等。每一章都包含了许多复杂的物理概念，但作者们 总是能以清晰明了的行文风格，使我能够理解和欣赏这些概念。
阅读感受
我对书中对中子星内部结构的分析特别感兴趣。通过复杂的数学模型和物理 理论，作者们展示了中子星内部的密度高达每立方厘米上亿克，这与地球上我们 所熟知的物质状态有着天壤之别。中子星的高密度特性对其整体结构和行为产生 了深远影响，这也让我对宇宙的神秘与复杂性有了更深的认识。
精彩摘录
“中子星具有极高的温度和辐射密度，这种极端的物理条件使得中子星具有 许多独特的性质。例如，中子星表面的物质可以吸收超过太阳质量数倍的能量， 并且释放出高能射线。”
精彩摘录
第2章-中子慢化与扩散
8
2.1.2 自持链式裂变反应的临界条件
从热中子反应堆内的中子循环可知，能否实现自持的 链式反应，取决于下列几个过程： （1）燃料吸收热中子引起的裂变 主要是热中子引起235U的裂变，这是产生中子的主要来 源； （2）238U的快中子增殖 能量大于1.1MeV的中子引起238U的裂变，产生裂变中 子。对于天然铀，这些裂变中子约占燃料裂变中子的3 ％左右； （3）慢化过程中的共振吸收 （4）慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获 （5）中子的泄漏
1 a
vb
v1 A 1
24
C系
把这些结果与式(2-11)和式(2-12)相比较， 可以看出，在C系里，中子与核碰撞后的 速度与它们碰撞前的速度完全相等。因 此，一个位于碰撞粒子质量中心的观察 者，在碰撞前会看到中子和核沿相反方 向、以反比于它们质量的速度向他接近， 而在碰撞后粒子就好象沿着相反方向(通 常不同于原方向)离开他而运动，它们各 自的速度不变。
N8 55.83 代入上式，有结果： N5
1 1 1.76% N 8 1 55.83 1 N5
15
2.2 中子的慢化
反应堆堆芯中产生的裂变中子，都是快 中子。其平均能量约为2MeV。这些中子 在引起燃料核下次裂变(以维持链式反应) 以前，由于与系统中介质的原子核进行 连续的弹性和非弹性碰撞的结果，其能 量通常降低了几个数量级。例如，在热 中子反应堆内几乎所有的裂变中子在引 起燃料核进一步裂变之前，都已慢化到 热能。
( A2 2 A cos 1) v ( A 1) 2
2 1
28
能量比率
1 2 m v 散射前中子的动能E1是 2 1，而散射后 1
粒子系统
每个粒子系统都有用于其中每个粒子的特定规则，通常这些规则涉及到粒子生命周期的插值过程。例如，许 多系统在粒子生命周期中对离子的阿尔法值即透明性进行插值直到粒子湮灭。
渲染阶段
在更新完成之后，通常每个例子用经过纹理映射的四边形sprite进行渲染，也就是说四边形总是面向观察者。 但是，这个过程不是必须的，在一些低分辨率或者处理能力有限的场合，粒子可能仅仅渲染成一个像素，在离线 渲染中甚至渲染成一个元球，从粒子元球计算出的等值面可以得到相当好的液体表面。另外，也可以统：有分子、原子、离子、电子、原子核、质子、中子、介子、中微子等组成的粒子系统。 物理学微观世界粒子系统： ▪光子 ▪胶子 ▪ W玻色子 ▪ Z玻色子 强子重子/核子/超子 ▪质子 ▪反质子 ▪中子 ▪反中子 ▪ Δ粒子 ▪ Λ粒子 ▪ Σ粒子 ▪ Ξ粒子 ▪ Ω 粒子 介子/夸克偶素 ▪ π介子 ▪ K介子 ▪ ρ介子 ▪ D介子 ▪ J/ψ介子 ▪ Υ介子 原子核/原子/奇异原子 ▪电子偶素 ▪渺子偶素 ▪介子原子 ▪超子原子 ▪介子核 ▪超核 ▪重味超核 ▪分 子 ▪上夸克 ▪反上夸克 ▪下夸克 ▪反下夸克 ▪粲夸克 ▪反粲夸克 ▪奇夸克 ▪反奇夸克 ▪顶夸克 ▪反顶夸克 ▪底夸克 ▪反底夸克 粒子系统(2张)轻子 ▪电子 ▪正电子 ▪ μ子 ▪反μ子 ▪ τ子 ▪反τ子 ▪电子中微子 ▪反电子中微子 ▪ μ子中微子 ▪反μ子中微子 ▪ τ子中微子 ▪反τ子中微子等等
3DStudioMAX3通过专门的空间变形来控制一个粒子系统和场景之间的交互作用，还可以控制粒子本身的可繁 殖特性，这些特性允许粒子在碰撞时发生变异、繁殖或者死亡。简单地说，粒子系统是一些粒子的集合，通过指 定发射源在发射粒子流的同时创建各种动画效果。在3DStudioMAX中，粒子系统是一个对象，而发射的粒子是子 对象。将粒子系统作为一个整体来设置动画，并且随时调整粒子系统的属性，以控制每一个粒子的行为。在 3DStudioMAX1.0版本中，粒子系统只有Spray（喷射）和Snow（雪）两种，虽然它们是最简单的粒子系统但是效 果很好，在制作流水、喷泉、灰尘时依然适用。并且高级粒子系统的创建思想也基于Spray和Snow的创建原则， 只是加强了动画设计师控制粒子行为的功能。
渲染阶段
在更新完成之后，通常每个例子用经过纹理映射的四边形sprite进行渲染，也就是说四边形总是面向观察者。 但是，这个过程不是必须的，在一些低分辨率或者处理能力有限的场合，粒子可能仅仅渲染成一个像素，在离线 渲染中甚至渲染成一个元球，从粒子元球计算出的等值面可以得到相当好的液体表面。另外，也可以统：有分子、原子、离子、电子、原子核、质子、中子、介子、中微子等组成的粒子系统。 物理学微观世界粒子系统： ▪光子 ▪胶子 ▪ W玻色子 ▪ Z玻色子 强子重子/核子/超子 ▪质子 ▪反质子 ▪中子 ▪反中子 ▪ Δ粒子 ▪ Λ粒子 ▪ Σ粒子 ▪ Ξ粒子 ▪ Ω 粒子 介子/夸克偶素 ▪ π介子 ▪ K介子 ▪ ρ介子 ▪ D介子 ▪ J/ψ介子 ▪ Υ介子 原子核/原子/奇异原子 ▪电子偶素 ▪渺子偶素 ▪介子原子 ▪超子原子 ▪介子核 ▪超核 ▪重味超核 ▪分 子 ▪上夸克 ▪反上夸克 ▪下夸克 ▪反下夸克 ▪粲夸克 ▪反粲夸克 ▪奇夸克 ▪反奇夸克 ▪顶夸克 ▪反顶夸克 ▪底夸克 ▪反底夸克 粒子系统(2张)轻子 ▪电子 ▪正电子 ▪ μ子 ▪反μ子 ▪ τ子 ▪反τ子 ▪电子中微子 ▪反电子中微子 ▪ μ子中微子 ▪反μ子中微子 ▪ τ子中微子 ▪反τ子中微子等等
3DStudioMAX3通过专门的空间变形来控制一个粒子系统和场景之间的交互作用，还可以控制粒子本身的可繁 殖特性，这些特性允许粒子在碰撞时发生变异、繁殖或者死亡。简单地说，粒子系统是一些粒子的集合，通过指 定发射源在发射粒子流的同时创建各种动画效果。在3DStudioMAX中，粒子系统是一个对象，而发射的粒子是子 对象。将粒子系统作为一个整体来设置动画，并且随时调整粒子系统的属性，以控制每一个粒子的行为。在 3DStudioMAX1.0版本中，粒子系统只有Spray（喷射）和Snow（雪）两种，虽然它们是最简单的粒子系统但是效 果很好，在制作流水、喷泉、灰尘时依然适用。并且高级粒子系统的创建思想也基于Spray和Snow的创建原则， 只是加强了动画设计师控制粒子行为的功能。
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10
《应用核物理》
2)反应堆中子源
• 用裂变反应堆链式反应 不断产生大量中子，特 点 是 注 量 率 高 1012 ～ 1015s-1cm-2 、 能 谱 复 杂，是体中子源。
相对强度
• 从活性区通过实验孔道 引出堆外的的中子束注 量率:
S0 4 L2
(10.2-2)
N E C EeE kT (10.2-3)
•(γ,n)反应都是吸热的。这种光中子源产生中子的特点是
可以提供20keV～1MeV间某个单能中子，例如核反应：
9Be 8Be n 1.665MeV
(10.2-5)
D p n 2.224MeV
(10.2-6)
•自发裂变中子源252Cf，T1/2＝2.64a，中子产额＝2.31x1012s-1g-1，
• 中子是不稳定的。一个自由中子会自发转变 成一个质子＋一个电子＋一个反中微子，并 释放0.782MeV的能量；
n p+e+ν
• 自由中子的半衰期为10.61+0.16 min。中 子质量比氢原子略重： mn=1.0086649,u=939.5653MeV/c2 mH=1.0086649,u=938.7830MeV/c2
《应用核物理》
清华大学核能技术研究设计院 研究生课程讲义 (6) 2006-2007年度
主讲教师：周志伟
《应用核物理》
第十章 中子物理
10.1 中子的基本性质 10.2 中子源 10.3 中子和物质的相互作用 10.4 中子的慢化 10.5 中子的扩散 10.6 中子的衍射
《应用核物理》
10.1 中子的基本性质
入射粒子能量/MeV
0.1~4.5 0.1~3.8 1.92~2.4 1.15~8.4
竞争反应
D(d,np) D T(d,np) T 7Li(p,n) 7Be* T(p,np) D
竞争反应阈能 /MeV
4.45 3.71 2.38 8.43
《应用核物理》
T(d,n)4He/D(d,n)3He反应。两者都放热，且：
竞争反应过程T(d,np)T/ 10
D(d,np)D的阈能分别是
3.71MeV /4.45MeV.
1
• 用数百MeV的脉冲强流
电 子 束 或 质 子 束 轰 击 0.1
238U 等 重 靶 ， 可 产生 具
有连续能谱的强中子源，
称“白光”中子源。
0.01
0.1
1
Ed /MeV
σ/mb σ/b
100 10 1 0.1物质中原子的 电子相互作用很小，基本不会使原子电离和 激发而损失能量，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。
• 实际应用中，有中子探测和防护两大应用问 题。由于探测中子必须通过探测中子与原子 核作用产生的次级带电粒子，测量效率和能 量分辨率较差。
《应用核物理》
• 中子整体电中性，但其内部具有电荷分布。 如果正负电荷分布的中心稍有不重合，中子 就应有电偶极矩，是否为零是非常重要的基 础研究课题，正负电荷中心距离<10-24cm；
• 中子自旋角动量数s＝1/2，费米子，服从泡 利不相容原理，遵守费米统计；
• 中子具有磁矩 μn=－1.913042 μN（核磁 子），磁矩结构有分布，均方根半径～ 0.9fm,可产生极化中子束。
N E C EeE ET ，ET＝1.453+0.017MeV
(10.2-7)
《应用核物理》
10.3 中子与物质的相互作用
1)中子和宏观物质的相互作用
• 在低能加速器上用来产生（0～20MeV）单能中 子的几种反应：
核反应
Q值/MeV 单能中子区/MeV
D(d,n) 3He T(d,n) 4He 7Li(p,n) 7Be T(p,n) 3He
3.270 17.59 -1.644 -0.763
2.4~8.0 12~20 0.12~0.6 0.3~7.5
2
En
Ed md mn
mB mn 2
cos
cos2
mB
mB
mn
Q
md mn Ed
1
md mB
发射中子 的能量
靶核质量
氘质量
中子出 射角
中子质量
反应能
入射氘 的能量
(10.2-1)
《应用核物理》
• 前述两种反应都会因氘
核破裂产生的破裂中子
而受到干扰 ，限制了能 100
够产生单能中子的能区。
9Be 12C n 5.70MeV (10.2-4)
《应用核物理》
• 几种常用(α,n)放射性中子源：
α源 210 Po 226Ra 239Pu 241Am
T1/2 138d 1690a 2.41x104a 433a
中子能谱
连续 连续 连续 连续
γ本底 低 高 低 低
每个α粒子产生底中子数目 6.75x10-3 (2.7~4.05)x10-2 5.95x10-3 5.95x10-3
《应用核物理》
10.2 中子源
• 为满足研究和实际工程应用的要求，必须要 有不同的中子源以产生所需的中子。大致分 三大类：加速器、反应堆和放射性中子源；
• 加速器和反应堆中子源性能更好，特别是加 速器中子源多用性强。而放射性中子源方便 携带，适合野外操作；
《应用核物理》
1) 加速器中子源
• 用各种带电粒子加速器加速某些带电粒子，如质子、 氘和α等，去轰击靶核产生散裂中子。特点是在较 宽的能区内获得强度适中、能量单一的中子束流；
• 中子物理是核物理的一个分支，主要研究中 子、中子和物质相互作用的性质；
• 中子的发现、中子物理的建立和发展对了解 原子核基本性质、建立核反应理论，以及核 裂变反应堆和原子弹技术的发展都具有重要 意义；
• 中子物理在科学研究、公共安全、国防和医 疗应用方面都有广泛应用前景，
《应用核物理》
• 中子存在于除氢以外的所有原子核中，是构 成原子核的重要成分；
0.01
Maxwell
实验孔道堆芯活 性区面积S，到 活性区的距离L
1/E
1
100
中子能量En/MeV
《应用核物理》
3)放射性中子源
• 用放射性核素衰变放出的射线轰击某些轻靶核发生产生 (α,n),(γ,n)反应，放出中子的中子源。
• 常用的(α,n)反应中子源，是将 210Po、226Ra、239Pu、 241Am等α发射体粉末均匀、紧密地与Be粉混和压紧密 封在金属容器内制成。对应核反应为：
《应用核物理》
2)反应堆中子源
• 用裂变反应堆链式反应 不断产生大量中子，特 点 是 注 量 率 高 1012 ～ 1015s-1cm-2 、 能 谱 复 杂，是体中子源。
相对强度
• 从活性区通过实验孔道 引出堆外的的中子束注 量率:
S0 4 L2
(10.2-2)
N E C EeE kT (10.2-3)
•(γ,n)反应都是吸热的。这种光中子源产生中子的特点是
可以提供20keV～1MeV间某个单能中子，例如核反应：
9Be 8Be n 1.665MeV
(10.2-5)
D p n 2.224MeV
(10.2-6)
•自发裂变中子源252Cf，T1/2＝2.64a，中子产额＝2.31x1012s-1g-1，
• 中子是不稳定的。一个自由中子会自发转变 成一个质子＋一个电子＋一个反中微子，并 释放0.782MeV的能量；
n p+e+ν
• 自由中子的半衰期为10.61+0.16 min。中 子质量比氢原子略重： mn=1.0086649,u=939.5653MeV/c2 mH=1.0086649,u=938.7830MeV/c2
《应用核物理》
清华大学核能技术研究设计院 研究生课程讲义 (6) 2006-2007年度
主讲教师：周志伟
《应用核物理》
第十章 中子物理
10.1 中子的基本性质 10.2 中子源 10.3 中子和物质的相互作用 10.4 中子的慢化 10.5 中子的扩散 10.6 中子的衍射
《应用核物理》
10.1 中子的基本性质
入射粒子能量/MeV
0.1~4.5 0.1~3.8 1.92~2.4 1.15~8.4
竞争反应
D(d,np) D T(d,np) T 7Li(p,n) 7Be* T(p,np) D
竞争反应阈能 /MeV
4.45 3.71 2.38 8.43
《应用核物理》
T(d,n)4He/D(d,n)3He反应。两者都放热，且：
竞争反应过程T(d,np)T/ 10
D(d,np)D的阈能分别是
3.71MeV /4.45MeV.
1
• 用数百MeV的脉冲强流
电 子 束 或 质 子 束 轰 击 0.1
238U 等 重 靶 ， 可 产生 具
有连续能谱的强中子源，
称“白光”中子源。
0.01
0.1
1
Ed /MeV
σ/mb σ/b
100 10 1 0.1物质中原子的 电子相互作用很小，基本不会使原子电离和 激发而损失能量，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。
• 实际应用中，有中子探测和防护两大应用问 题。由于探测中子必须通过探测中子与原子 核作用产生的次级带电粒子，测量效率和能 量分辨率较差。
《应用核物理》
• 中子整体电中性，但其内部具有电荷分布。 如果正负电荷分布的中心稍有不重合，中子 就应有电偶极矩，是否为零是非常重要的基 础研究课题，正负电荷中心距离<10-24cm；
• 中子自旋角动量数s＝1/2，费米子，服从泡 利不相容原理，遵守费米统计；
• 中子具有磁矩 μn=－1.913042 μN（核磁 子），磁矩结构有分布，均方根半径～ 0.9fm,可产生极化中子束。
N E C EeE ET ，ET＝1.453+0.017MeV
(10.2-7)
《应用核物理》
10.3 中子与物质的相互作用
1)中子和宏观物质的相互作用
• 在低能加速器上用来产生（0～20MeV）单能中 子的几种反应：
核反应
Q值/MeV 单能中子区/MeV
D(d,n) 3He T(d,n) 4He 7Li(p,n) 7Be T(p,n) 3He
3.270 17.59 -1.644 -0.763
2.4~8.0 12~20 0.12~0.6 0.3~7.5
2
En
Ed md mn
mB mn 2
cos
cos2
mB
mB
mn
Q
md mn Ed
1
md mB
发射中子 的能量
靶核质量
氘质量
中子出 射角
中子质量
反应能
入射氘 的能量
(10.2-1)
《应用核物理》
• 前述两种反应都会因氘
核破裂产生的破裂中子
而受到干扰 ，限制了能 100
够产生单能中子的能区。
9Be 12C n 5.70MeV (10.2-4)
《应用核物理》
• 几种常用(α,n)放射性中子源：
α源 210 Po 226Ra 239Pu 241Am
T1/2 138d 1690a 2.41x104a 433a
中子能谱
连续 连续 连续 连续
γ本底 低 高 低 低
每个α粒子产生底中子数目 6.75x10-3 (2.7~4.05)x10-2 5.95x10-3 5.95x10-3
《应用核物理》
10.2 中子源
• 为满足研究和实际工程应用的要求，必须要 有不同的中子源以产生所需的中子。大致分 三大类：加速器、反应堆和放射性中子源；
• 加速器和反应堆中子源性能更好，特别是加 速器中子源多用性强。而放射性中子源方便 携带，适合野外操作；
《应用核物理》
1) 加速器中子源
• 用各种带电粒子加速器加速某些带电粒子，如质子、 氘和α等，去轰击靶核产生散裂中子。特点是在较 宽的能区内获得强度适中、能量单一的中子束流；
• 中子物理是核物理的一个分支，主要研究中 子、中子和物质相互作用的性质；
• 中子的发现、中子物理的建立和发展对了解 原子核基本性质、建立核反应理论，以及核 裂变反应堆和原子弹技术的发展都具有重要 意义；
• 中子物理在科学研究、公共安全、国防和医 疗应用方面都有广泛应用前景，
《应用核物理》
• 中子存在于除氢以外的所有原子核中，是构 成原子核的重要成分；
0.01
Maxwell
实验孔道堆芯活 性区面积S，到 活性区的距离L
1/E
1
100
中子能量En/MeV
《应用核物理》
3)放射性中子源
• 用放射性核素衰变放出的射线轰击某些轻靶核发生产生 (α,n),(γ,n)反应，放出中子的中子源。
• 常用的(α,n)反应中子源，是将 210Po、226Ra、239Pu、 241Am等α发射体粉末均匀、紧密地与Be粉混和压紧密 封在金属容器内制成。对应核反应为：