粒子与物质相互作用-第十一章_2011
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第十一章中子与物质相互作用
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⏹1932年由Chadwick发现中子
⏹净电荷=0
⏹非常弱的电磁相互作用
⏹质量=939.56 MeV/c 2
⏹比质子稍重
⏹寿命=886.7 s
⏹自由中子会经历β衰变
⏹磁动量=-1.91 μN
⏹对物质的磁特性很敏感
⏹
自旋=1/2
第十一章
中子与物质相互作用
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在科学研究及工业中经常用到的中子源有：⏹裂变反应堆；
⏹聚变源（D-T 反应产物）
⏹加速器中子源（如散裂中子源）
⏹放射性衰变（如252Cf ）
⏹也可以通过其它的辐射过程的二次核反应产生 极高的穿透能力
非直接电离辐射
广泛应用于核工业、材料研究、成像、医学物理等领域
第十一章中子与物质相互作用
中子的应用极为广泛！
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第十一章中子与物质相互作用
中国散裂中子源-CSNS
中国-广东-东莞
第十一章中子与物质相互作用
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第十一章
中子与物质相互作用
p h o t o n e u t r o n X -r a y 8
第十一章中子与物质相互作用
中子照相
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第十一章中子与物质相互作用
硼中子捕获治癌
BNCT
第十一章中子与物质相互作用
核能(nuclear energy)是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。
19世纪末英国物理学家汤姆逊发现了电子。
1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。
1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。
1898年居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋。
1902年居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。
1905年爱因斯坦提出质能转换公式。
1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。
1935年英国物理学家查得威克发现了中子。
1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。
1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。
1945年8月6日和9日美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。
1954年苏联建成了世界上第一座核电站------奥布灵斯克核电站。
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第十一章
中子与物质相互作用
第一个自持链式反应堆在Fermi领导下于1942年建成于芝加哥（CP-1）。
12核裂变反应核裂变能
如全部利用，能供
使用2400-2800年
所释放的能量比全世
界现有能源总量放出
的能量大千万倍。
如实现可控核聚变，
能供使用上千亿年。
核聚变反应
核聚变能40万亿吨2000多亿吨
氘，锂
铀、钍矿
第十一章中子与物质相互作用
第十一章中子与物质相互作用
第十一章中子与物质相互作用
截至2009.3
⏹全球共436座商用核电机组在运行，总装
机372GW e，提供~16%的电力；有42座
发电用反应堆正在建设
截至2009.9
⏹我国核电已建成发电用反应堆11座，总装
机9.1GW e；核准在建机组24台，总装机
25.4GW e，是目前世界上核电在建规模最
大的国家
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第十一章中子与物质相互作用
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第十一章
中子与物质相互作用
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与电子、光子及带电重离子不同，中子的相互作用是非常弱的电磁相互作用；
中子仅仅与原子核相互作用，能够不受阻挡地穿透物质；
中子发生核反应的几率也比较低；
中子输运的计算很困难。如果涉及统计现象，通常应用Monte Carlo 模拟方法-MCNP 。
第十一章中子与物质相互作用
第一节中子相互作用的基本特征
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中子能量范围
•冷中子< 1meV •热中子< 0.5eV
•超热中子0.5eV-50keV •快中子> 50keV •
中能中子
> 1MeV
•高能中子> 10MeV
第十一章中子与物质相互作用
主导相互作用•衍射
•弹性散射•核反应
•放射性俘获（n,γ）
•其它俘获（n,p ）or （n,α）•非弹性散射（n,x ）•核裂变（n,f ）
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衍射-中子作为物质结构研究的探针
•由量子力学得知中子具有波的特性-波粒二象性•其波长由de Broglie 关系决定
•热/冷中子具有与晶格常数相当的波长
•在固体材料结构研究中，中子衍射是对X 射线很好的补充。
•
中子衍射对磁的分布敏感，对电荷分布不敏感。
第十一章中子与物质相互作用
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中子-核弹性散射A （n,n ）A •中子和核的总动能不变•改变中子的能量和方向•反冲核没有中间激发态
•在中高能区域主导中子的能损•是中子慢化的主要因素
•慢化需要低A物质
第十一章中子与物质相互作用
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