第8章 中子测量方法

T(d，n)4He反应所释放的能量分配给中子和氦核
3 反应堆中子源
该类源的中子来自反应堆内的链式反应。
8.1 中子源
8.1.2 中子源的类型
常用中子源及分类
8.2 中子探测基本原理与方法
8.2.1 核反应法
10B，6Li，3He三种核反应的中子截面 ， ， 三种核反应的中子截面
8.2 中子探测基本原理与方法
8.5 中子测量的应用
8.5.3 中子测量方法在找矿勘探中的应用
2 常见中子测井方法
2）利用脉冲中子源的测井方法 ） 3）野外现场的中子测量 ）
Ws为标准样品的待测元素的含量；Is为标准样品经活化后的照射量率。
8.5 中子测量的应用
8.5.2 中子活化分析法及应用
中子活化分析在物理分析中的应用 ： 1）在分析高纯材料中的应用 在分析高纯材料中的应用 2）在冶炼工业中的应用 在冶炼工业中的应用 3）在其它方面的应用 在其它方面的应用
8.5 中子测量的应用
8.5.3 中子测量方法在找矿勘探中的应用
1 中子与地层物质的相互作用
1)快中子非弹性散射 快中子非弹性散射 2)快中子对原子核的活化 快中子对原子核的活化 3)快中子的弹性散射及其减速过程涉及的物理量 3)快中子的弹性散射及其减速过程涉及的物理量 4)热中子在岩石中的扩散与被俘获 热中子在岩石中的扩散与被俘获
中子波在晶体上的反射
把无数个平行晶面上的反射累加，便得到相干产生极大的条件， 即布喇格公式：
8.3 中子能谱测量方法
8.3.2 快中子能谱测量方法
1 飞行时间法
在快中子能谱测量中，经 常使用加速器作为中子源 的伴随粒子法 。
伴随粒子法飞行时间谱仪
8.3 中子能谱测量方法
8.3.2 快中子能谱测量方法
3 半导体探测器
6LiF中子谱仪 3He中子谱仪
其它夹心式半Байду номын сангаас体探测器
8.3 中子能谱测量方法
8.3.1 慢中子能谱测量方法
1 飞行时间法
如果将中子质量记为m，当确定中子速度v后，按 就可推算中子能量E。 根据 和 ，可得到：
8.3 中子能谱测量方法
8.3.1 慢中子能谱测量方法
2 晶体衍射法
当中子波以掠射角θ(不是入射角α)射向晶 面时，在相邻两个晶面上的反射中子波 有2dsinθ的路程差(d为相邻两个晶面之 间的距离)。当2dsinθ等于波长的整数倍 时，这二支反射波便相干加强，否则就 相干减弱甚至抵消 。
第八章 中子测量方法
8.1 中子源
8.1.1 中子源的主要特性
1 中子源强度
中子源强度是指单位时间内发射的中子数目，即中子 强度。若每次核反应只释放一个中子，该源强度等于单位 时间内在靶物质中所发生的核反应数目。
2 中子源能量
中子源能量是指中子源所能发射的中子能量。通常所 说的中子能量是指其动能
2 中子源半衰期
新生成的核素一般都不稳定，本例中生成的116In就是β 放射体，并继续进行如下衰变
8.2 中子探测基本原理与方法
8.2.5 中子探测器
1 气体探测器
三氟化硼(BF3)正比计数管 硼电离室 裂变室
2 闪烁探测器
硫化锌快中子屏 硫化锌慢中子屏 锂玻璃闪烁体 有机闪烁体
8.2 中子探测基本原理与方法
8.2.5 中子探测器
原理：用中子源照射待测样品，并使之活化成为放射性核 素(称之为感生放射性核素)，通过测量感生放射性核素的放射 性现象实现待测样品的物理分析。 待测样品中的感生放射性核素的γ照射量率为 ：
制备已知待测元素含量的标准样品，与待测样品进行同样 条件下的照射和测量，然后比较待测样品和标准样品的γ谱， 则可实现待测元素含量的确定。
8.4 中子通量密度测量方法
8.4.2 测量中子通量密度的基本方法
1 标准截面法
由于中子不带电，不能直接探测，而中子与原子核反应 有可能产生带电粒子(或生成新放射性核素)，可对带电粒子 (或新放射性核素)进行绝对测量。通常，只要知道了核反应 截面，通过测量带电粒子强度(或新放射性核素活度)，就可 通过两者之积来确定中子通量密度。
8.2.2 核反冲法
入射能量为E的中子和原子核发生弹性散射时，中子的 运动方向将发生改变，能量也有所减少，中子减少的能量 传给原子核，使原子核以一定速度运动。这个原子核被称 为“反冲核”。反冲核具有一定的电荷，可以作为带电粒 子来记录，记录该反冲核，就可探测到该中子，这种探测 中子的方法称为“核反冲法”。
8.5 中子测量的应用
8.5.3 中子测量方法在找矿勘探中的应用
2 常见中子测井方法
1）利用连续中子源的测井方法 ） 常见的连续中子源测井方法有中子γ测井、中子中子测井 和连续活化测井。 中子中子测井是利用中子与物质相互作用的各种效应来研 究钻井剖面岩层性质的一组测井方法的统称。按记录的对象， 它分为中子热中子测井，中子超热中子测井和中子γ测井等。 按仪器的结构特征，它分为普通中子测井、井壁中子测井和 补偿中子测井等
2 氢反冲法
反冲核法测量的示意图 T(d , n)He反应的中子谱 反应的中子谱
8.3 中子能谱测量方法
8.3.3 脉冲中子能谱测量方法
1 由加速器提供脉冲中子源 2 脉冲反应堆中子源 3 地爆
8.4 中子通量密度测量方法
8.4.1 中子通量密度和中子密度
如果利用同位素源或加速器来产生中子，一般将其视为点 源，并将单位体积内出射的中子数n定义为中子密度(单位为 cm-3)，则当中子的出射速度为v(单位为cm٠s-1)时，单位时间 内从单位体积内出射的中子数就是中子密度n和速度v的乘积 nv，也就是该点源的中子通量密度 Ф。 当中子通量密度按能量E具有连续分布Ф(E)时，则可采 用代表能量在E到E+dE范围内的中子通量密度，此时中子 的总通量密度为
2 伴随粒子法 3 伴随粒子放射性法 4 计数器测量法
8.5 中子测量的应用
8.5.1 天然中子测量及应用
大气中子来源与分布特点 ： 由地—空界面上升快中子流来确定地质介质含水率 由地—空界面天然中子流来预测大气瞬态变化 地—空界面天然中子流产生的辐射环境问题
8.5 中子测量的应用
8.5.2 中子活化分析法及应用
8.2 中子探测基本原理与方法
8.2.3 核裂变法
中子与重核作用可以发生裂变，裂变法就是通过记 录重核裂变碎片来探测中子的方法。 对于热中子和慢中子，总是选用238U，239Pu，233U 做裂变材料。
常用裂变阈能探测器材料的特性
8.2 中子探测基本原理与方法
8.2.4 活化法
中子很容易进入原子核，并形成一个处于激发态的复合核， 复合核通过发射一个或几个光子迅速跃回到基态。这种俘获 中子，放出γ辐射的过程称为“辐射俘获”，用(n，γ)表示， 典型例子是用115In做为激活材料，让它受到中子照射，可发 生如下反应：
源的半衰期是指发射轰击粒子的放射性同位素的半衰期。
8.1 中子源
8.1.2 中子源的类型
1 同位素中子源
1）(α,n)中子源 ） 中子源
镭铍中子源 钋铍中子源 镅铍中子源 钚铍中子源 2）自发裂变中子源（锎(252Cf) ） ）自发裂变中子源（
8.1 中子源
8.1.2 中子源的类型
2 加速器中子源