中性子と物質の相互作用

中性子

(R4.3.4, R3.6.22, R2.6.23)
　電荷をもたない間接電離放射線
→主に原子核と相互作用を起こす

・核スピン量子数：1/2

・β^－壊変をする(半減期10分)

・エネルギーによる分類

中性子と物質の相互作用

・散乱反応

1,弾性散乱
(R3.12.23.31, R2.24,R1.22)
　反応の前後で運動量が保存される反応
　反跳エネルギーE

En：中性子のエネルギー
M：原子核の質量　
m：中性子の質量
＊原子の質量が小さい
→反跳エネルギーが大きい
→水素で最も減速させられる(ビリヤードの法則)

2,非弾性散乱
　運動エネルギーの一部が反応原子核の励起に使われる反応

・吸収反応

(R2.10)
1,放射捕獲反応　
　原子核が励起され,γ線を放出する
　中性子は電荷を持たないため,クーロン作用を受けず,他の反応に比べて,低エネルギーで核に入れる
*中性子の結合エネルギー：約8MeV
→捕獲反応は発熱反応

*中性子捕獲反応断面積は中性子速度に反比例する
*特定のエネルギーでは共鳴吸収がある

2,荷電粒子放出反応
　軽い原子核では中性子を吸収し,荷電粒子を放出する反応がある

3,核分裂反応
　²³⁵U,²³⁹Pu,²³³Uなどの重い原子核で中性子が吸収されて起こる反応

・核分裂中性子

(R3.31)
　²⁵²Cfの自発核分裂などで放出される
　連続エネルギー分布(マクスウェルボルツマン分布)をもつ
　平均エネルギーは約2MeV

中性子の測定

・熱中性子の検出

(R5.8, R3.12, R2.28)
(1)吸収反応を利用したもの
　[ ³He(n，p)³H ]　　　
　[ ⁶Li(n，α)³He ]
　[ ¹⁰B(n，α)⁷Li ]　
　[ ¹⁴N(n，p)¹⁴C ]

*減速型線量当量計(レムカウンタ)
　熱中性子検出器をポリエチレン製減速材で覆ったもので,線量当量値が直読みできる
①BF₃比例計数管：ロングカウンタ
②³He比例計数管：Hurst型比例計数管
③LiIシンチレータ

(2)核分裂を利用したもの
　[ ²³⁵U(n，f) ]

*核分裂計数管
(R1.27)
　円筒状の電極に90%濃縮の²³⁵U₃O₈を薄く塗布してArを封入したもので,原子炉の中性子測定に用いられる
　パルスが大きく波高弁別が容易で,エネルギースペクトルは測定できず,閾値設定で中性子のみの検出が可能

(3)放射化を利用したもの
　[ ¹¹⁵In(n，γ) ]　
　[ ¹⁶⁵Dy(n，γ) ]
　[ ¹⁹⁷Au(n，γ) ：金箔検出器 ]

・高速中性子の検出

(R4.21)

(1)反跳陽子を利用したもの　¹H(n，n`)
[プラスチックシンチレータ]　
[有機液体シンチレータ]
[水素ガスやメタンガスの比例計数管]

(2)放射化を利用したもの
[ ³²S(n，p)³²P ]　
[ ²⁷Al(n，α)²⁴Na ]

(3)半導体を利用したもの
[ポリエチレンラジエータ付Si半導体検出器]

(4)核分裂を利用したもの
[ ²³⁸U(n，f) ]

中性子のエネルギー分析法　

(R5.31, R2.30(物理))

(1)飛行時間分析法（TOF法）

　中性子がパルス状である必要があり,中性子源として線型加速器が用される

(1-1)シンチレータを用いる方法(反跳原子核の検出)
　エネルギーがMeV領域：有機(液体)シンチレータを使用

(2)波高分析、アンフォールディング法

(2-1)減速材を用いる方法
　球形減速材付熱中性子検出器(ボナー球検出器)
　入射中性子エネルギーを熱エネルギー領域まで減速させて,減速材中心部においた熱中性子検出器により検出する
　減速材の厚さをいくつか変えて測定し,その応答関数の違いを利用してunfoldingすることによってエネルギースペ ク トルを得る

(3)カウンターテレスコープ