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中子吸收

中子吸收亦称 “中子俘获”。指的是在核反应堆中,中子在与原子核相互碰撞后,被核所吸收并发出γ射线的过程。在有些情况下亦会导致核的β衰变或裂变。中子吸收包括(n,γ),(n,α),(n,p)以及核裂变反应。

低能区的中子吸收比较强烈,中子因吸收反应而消失,影响了反应堆内的中子平衡。中子吸收的核反应包括(n,γ),(n,α),(n,p)以及核裂变(n,f)反应。

辐射俘获反应(n,γ)是反应堆内最常见的吸收反应。它的一般反应式为:

入射中子进入靶核后形成一种处于激发态的复合核

辐射俘获反应可以在所有的中子能区发生,但低能中子与中等质量核、重核作用时容易发生这种反应。所以在热中子反应堆内,辐射俘获反应显得特别重要。

应该指出,在辐射俘获反应中,原先稳定的原子核通过俘获一个中子后,往往转变成了放射性的原子核,因此辐射俘获反应会产生大量的放射性。这就给反应堆设备维护、三废处理、人员防护带来了不少困难。

放出带电粒子反应为(n,α),(n,p)反应。中子被靶核吸收后形成激发态的复核,这些复核通过放出带电粒子如α,p粒子而返回到生成核的基态。但这些核反应只对少数几种轻核才能发生。这是因为放出带电粒子要逃出核,除了必须具有等于它的结合能的能量外,还必须有克服库伦势垒所需要的附加能量。而中等质量核核重核的库仑势垒都很高,所以只有轻核才有可能发生这类反应。在核反应堆物理分析中,放出带电粒子的反应可以不加考虑。

裂变反应(n,f)是反应堆内最重要的核反应。易裂变同位素(如233U、235U等)在各种能量的中子作用下均能产生裂变反应,并且在低能中子作用下发生裂变的可能性较大。而可裂变同位素只有在能量高于某一阈值的中子作用下才能发生裂变反应,目前,压水堆内最常用的燃料是二氧化铀,其中235U是易裂变同位素,在任何能量中子的作用下,都能产生裂变反应。

在核反应堆中,中子吸收起着重要的控制作用。为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上,需用吸收中子的材料做成吸收棒,来吸收过多的中子。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率;安全棒用来快速停止链式反应。吸收体材料一般是硼、碳化硼、镉、银铟镉等。


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