中子俘获截面

核物理术语

中子俘获截面是靶核与中子发生俘获核反应的截面。其定义是一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上发生反应的几率。

定义

截面是描述核反应发生几率的参数。它的定义是一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上发生反应的几率。其表达式是:

其中nr是单位时间内发生的反应数，I是单位时间内入射粒子数，nl是单位面积的靶核数。具有面积的量纲，单位是靶(b)。1b= ； 1mb= .

由于截面具有面积的量纲我们可以把截面理解为在靶核附近存在一个面积的范围，当入射粒子进入这个面积时，反应就发生了反之，则不会发生。反应截面随入射粒子能量的变化就是激发函数。要测定激发函数，就需要

分别测量不同能量的粒子与靶核发生反应的截面。

研究意义

核素的中子俘获截面对于天体核合成有着至关重要的意义，尤其是恒星中比铁重的核素的合成，其主要的核反应机制为中子俘获。

由于中子是能参与强相互作用的电中性粒子，因此中子与核相互作用时不存在库仑势垒的作用,所以中子很容易和原子核发生反应。中子的反应截面在整个核物理研究,包括核理论研究和核技术应用中都占有重要地位。

中子俘获反应是中子核反应的重要组成部分，是核机构和元素形成理论所关心的问题。快中子俘获截面是核反应理论、核科学工程设计及天体中元素合成研究所需要的重要参数。在中子照射下，生成长寿命放射性核的问题是聚变堆概念设计中面临的重大研究课题，也是国际核聚变研究界和核数据界近些年来重点关注的问题之一。

截面的测量

中子俘获截面是重要的核参数。对了解核反应机制、研究原子核在高激发态的运动规律是很重要的。在反应堆设计、屏蔽材料的计算中都需要中子俘获截面的数据。但是，有的核素中子俘获截面较小(mb数量级)，实验难度大。在中子照射下，直接通过测量样品俘获中子后瞬发辐射的高能γ射线，来得到中子的俘获截面，只是在大体积、高效率和高分辨率的闪烁计数器和Ge(Li)探测器配以飞行时间技术后，才得以实现和发展。

样品在中子的辐照下，核俘获中子后形成的复合核处于很高的激发态。它可以通过直接发射高能y射线回到基态，或放出高能y射线退激到低激发态再退激到基态，复合核也可以放出带电粒子，随后再发射y射线退激到基态，如图1中的γ2所示。

这里复合核的激发态能量为：

E=sn+Ene

其中，sn是中子在复合核内的结合能，En是入射中子在质心系内的动能。处于很高激发态的复合核，以小于10-14s时间放出γt射线退激。实验要测量的是这种高能瞬发的γ射线。但是，样品在中子辐照下，将同时产生非弹性散射的γ射线，以及高激发态的复合核发射带电粒子后所产生的其它γ射线。因此，在快中子照射下，样品将产生很复杂的γ射线谱。

另外，中子是由带电粒子核反应提供的，带电粒子在输运过程中，轰击输运管道任意部位都可能产生γ射线。再有，测量高能γ射线的探测器NaI(Tl)、Ge(Li)对中子也是很灵敏的。当中子能量大于1MeV时，137I的九个低能级以及23Na的非弹性散射的高能γ射线都能出现。