中子源与同步辐射源比较讲稿.ppt
《中子源与同步辐射源比较讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中子源与同步辐射源比较讲稿.ppt(66页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于中子源与同步辐射源比较第一页,讲稿共六十六页哦(一) 中子的发现及其主要性质;(二) 中子的波动性及其分类;(三) 中子及同步辐射应用的简单对比;(四) 中子源1. 放射性同位素中子源2. 加速器中子源-a3. 反应堆中子源4. 反应堆中子源与同步辐射源的能谱及强度比较5. 加速器中子源-b:散裂中子源6. 散裂中子源与反应堆中子源的关系第二页,讲稿共六十六页哦(一)中子的发现及其主要性质1920 Rutherford 贝克里安讲座,提出原子核里的中性子的概念( “压缩氢原子” )1930 Bothe W. 及 Becker H.用 Ra-a a 轰击 Be,发现铍辐射:探测器:盖革管,?
2、)(强穿透辐射Be )Ra由 (aMeV5能量 pe第三页,讲稿共六十六页哦1930王淦昌,当时在柏林大学威廉皇家化学所留学,他认为铍辐射不大可能是 ,向其导师 Meitner L.提出用云室观察铍辐射,两次均被拒绝。1931I.及 F. Curie 夫妇研究铍辐射如果铍辐射是 ,由质子能量可推出其能量 50 MeV,原子核中不 可能有如此高能量的 射线。但他们不能抛弃其为 射线的想法。Chadwick 告诉 Rutherford, R:“我不信!”Majorana:“真傻!他们已经发现了中性质子,却不认识它。”J. Curie:“真笨死了!所有证据俱在,我们怎么会想不到这一点呢?”Be石蜡p
3、静电计Poa云室He, N第四页,讲稿共六十六页哦 Cavendish 的 Chadwick 在 Rutherford 的推测上发现中子。 在讨论诺贝尔物理学奖应否包括 Curie 夫妇时,R 说:“不必,他们如此聪明,不久会因别的发现得奖的”。nC Be He1294PoBeaBe 幅射Pb石蜡泵p,N,He放大器第五页,讲稿共六十六页哦 中子的主要性质质量 mn 939.5731 MeVmn mp1.2935 MeV( me)me0.51100 MeV寿命 tn896 s ( p + e + n )磁矩 mn-1.91304275 mN自旋 s 1/2第六页,讲稿共六十六页哦 (二)中子的
4、波动性第七页,讲稿共六十六页哦(二)中子的波动性de Broglie 波长非相对论情况故 1 中子的能量为 81.8 meV,中子能量反比于波长的平方l() ESR(keV) E中子(meV) 1 12.4 81.81 10 1.24 0.8181 100 0.124 0.008181pl2)eV(2860. 022)(nnnnEEml第八页,讲稿共六十六页哦 中子的波动性最初的实验显示在发现中子之后 4 年(1936),实验上定性地显示了中子的波动性(2 0 0)面,Bragg 角 22热中子,峰值 l 1.6 转动晶体,探测器的计数率迅速减少。第九页,讲稿共六十六页哦中子波动性的定量证实1
5、944 年 Fermi 和 Zinn 使用 Argone CP-3 堆引出的热中子,进行镜反射实验。其后陆续证明,所有用光及X光产生的经典光学现象都可以中子进行。 实验结果迷人之处,是明显地表明它与中子的波动性而不是粒子性相关。它们的波长和散射截面与 X 光相当,而且看来不同物质对中子有折射系数 这是中子光学的开端Anderson Herbert第十页,讲稿共六十六页哦a中子单边衍射中子单缝衍射中子双缝衍射扫描缝位置 (mm)直边80 mm扫描狭缝30mm 100 mm入射狭缝15mm 60 mm抽气的中子飞行管道180石英三棱镜来自反应堆冷源的慢中子束l:200.55 m5 m0.48m0.
6、11150mm 200mm100mm 200mmBF3 探测器1. 三棱镜倒置,因为 n1。 2. 总体尺度(10m)比可见光大一量级,因波长小2量级。3. 分辨率与统计精度不如用光进行的实验,因强度小许多量级。0.45 m第十一页,讲稿共六十六页哦a第十二页,讲稿共六十六页哦几个常用的关系式在常用单位中mkmhmpmTkEB2222222222lv)(072. 2)(81.81)km/s(227. 5)K(08617. 0)meV(1 -222kTElv波矢量第十三页,讲稿共六十六页哦常用的中子分类名称能量(eV) 温度(K)波长() 速度(km/s)波矢()1 1.29.0 4.43 3.
7、55.2 7.61 1.229 1.42 2.320 2.05 5.813 3.12 236.4 6.23 355.2 7.65 584.0 9.82.59 3001.78 2.26 71.2 3.48 9.31.0 3.91 1.20.9 4.42 2.30.2 207 8.11.1 3.75 5.81.3 3.15 5.84.0 9.81 1.22.9 1.4 71071041041041031021021031011021041071081031031021021031041061081011101210210210210210310310510510310310110110110110
8、110110210310410510超冷甚冷冷热超热快高能慢热中子波长为110I100meV4102 . 24108 . 33109 . 63108 . 92106 . 12101 . 32108 . 32109 . 411. 017. 020. 022. 098. 0182106 . 1 3109 . 4 3109 . 6 (-1)第十四页,讲稿共六十六页哦 (三)中子与同步辐射应用的对比第十五页,讲稿共六十六页哦中子与同步辐射应用的对比(同) 均具有波动的性质,故其反射、折射、衍射、相干等光学性质类似; 均具有自旋,可以起偏振; 均有实验室源及大装置源,当代应用主要均是后者; 其应用原理均
9、为它们与物质的相互作用:反射、折射、散射(弹性、 非弹性、小角 )、吸收、成像等。第十六页,讲稿共六十六页哦中子与同步辐射应用的对比(异) 虽然大设备中子及同步辐射均给出连续谱的辐射,但是中子谱更 宽一些(当然不是在同一装置上),达十个量级; 它们与物质的相互作用性质不同:中子主要是与物质的原子核的 强相互作用,同步辐射主要是与物质原子中的电子的电磁相互作用。 中子对物质的穿透比同步辐射深,辐射安全问题比后者大; 中子源的强度比同步辐射低,对于一些通用的应用(如衍射),所需 时间及成本均较大。第十七页,讲稿共六十六页哦 (四)中子源第十八页,讲稿共六十六页哦(1)放射性同位素源如 (a,n)
10、源 源发射体 半衰期发射率(n/a)源强度 (n/s)*Ra-Be 1602 y 5.02Po-Be 138 d 6.9 Am-Be 433 y 7.0Pu-Be 87,4 y 5.7Cm-Be 162 d 1.06Ra226Po210Cm244Am241Pu239410510510510410610810源尺度:几cm源尺度:几cm一般851010Bq10*10第十九页,讲稿共六十六页哦常用的 a-Be 源结构放射性反应芯a发射体靶物质不锈钢典型 Be(a,n) 源的双层壳结构双层钢壳防泄漏第二十页,讲稿共六十六页哦中子源基于两个反应:发射体 半衰期 能量(MeV) 靶n能量(keV)产额(
11、n/s)* 15.0 h 2.7541 Be 967340,000 D 263330,000 107 d 1.8361 Be 152229,000 2.7340 109 2.7340 D 253 169 40.3 h 2.5217 Be 760 10,200 D 147 6,600MeV)1.666 (nBeBehMeV)2.226 (nHHh8912结合能结合能nnNa24Y88La140* 源尺寸见下图第二十一页,讲稿共六十六页哦球型 中子源g 发射芯(f 2.38 cm) 中子发射靶壳 (Be 或 D)( 厚 3.2 cm )Al 包裹壳第二十二页,讲稿共六十六页哦(2)加速器中子源-a
12、 利用核反应:7Li ( p, n)7Be3H (p, n) 3He 2H (d, n) 3He 3H (d, n) 4He 加速器:静电(典型为 Van de Graff)、回旋 靶:氘、氚气体靶,或固体靶Cu, Mo, Ta等,水冷或气冷Ti 膜,0.1-0.4mg/cm2吸附气态氘或氚氚/钛原子比:1.7:1 甚至 2:1第二十三页,讲稿共六十六页哦 中子能量:几 KeV 20 MeV (快中子) 随着吸附的氘、氚的消耗,中子产额下降,中子产额随时间而变 源强量级:1mA d (150 keV) , 3H (d, n) 4He 反应的中子产额 (新鲜靶): 这在中子应用中已经算是高产额了
13、。n/s105 . 111第二十四页,讲稿共六十六页哦回旋加速器的限制能量: 102 MeV 级束流: mA 级 反应产额(n/粒子)全部中子产额热淀积(MeV/n)T(d,n)(0.2 MeV) 810-5 1.3108 2500W(e,n) (35 MeV) 1.7 10-2 2.71010 20009Be(d,n) (15 MeV)1.2 10-2 1.91010 1200 英国 Harwell 150 MeV 回旋加速器中子源 (9.6 mA) 已关闭 美国 Nevis 385 MeV 回旋加速器中子源 (1.2 mA) 已关闭p/s101.6 A112第二十五页,讲稿共六十六页哦(3
14、)反应堆中子源1942 年 Fermi 在 Argon 建造了第一个裂变反应堆CP1,也是作为研究用的中子源。铀235在中子轰击下,每次裂变放出2个以上的中子。维持连锁反应的反应堆保有很强的中子场。裂变中子的平均能量 2 MeV ,加入慢化剂的堆中,高能中子与慢化剂通过不断碰撞达到热平衡,其能谱为 Maxwell 分布。 为 Boltzmann 常数,分布的极大值在中子动能为 处。 为相当于此极大值能量的速度。对于热中子(室温,T = 300K),有dEeETkdEEPTkEB2B)()(BkTkmEB2n21nvnv),km/s(224. 2meV,85.25nnvE第二十六页,讲稿共六十六
15、页哦中子的速度分布为 也是此分布的极大值处。 T 是慢化体(石墨、水、重水、液态氘等)的温度,也以之标记中子温度。注意,中子的的根方均速度为:相应的动能为TkmEB23221vvvvvPvdeTkmdTkmB2222/3B)2(4)(mTkB23vnv第二十七页,讲稿共六十六页哦反应堆:20世纪大部分为连续模式,产生高积分通量的冷及热中子(1 100 meV) 功率堆 : 高压,热功率 1 GW, 能源专用 研究堆: 大气压,热功率 102 MW, 多用往往的优先级应用辐照(工业材料、同位素生产、半导体)要求大通量均匀中子束大量为19571967年建,寿命40年,至今开始陆续关闭过程估计从 3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中子源 同步 辐射源 比较 讲稿
限制150内