中子捕獲
中子捕獲是原子核與一粒或以上中子撞擊，形成更重的原子核的一種核反應。[1]因為中子不帶電荷，能比帶正電荷的質子更易進入原子核。[1]
在宇宙形成過程中，中子捕獲在一些重元素的核合成過程中起重要作用。中子在恆星里以快（R過程）、慢（S過程）兩種形式俘獲。[1]質量數大於56的核素不能用熱核反應（即核融合）產生，但可用中子捕獲產生。[1]
中子捕獲截面
中子微觀俘獲截面 ，是指元素原子核俘獲中子的機率。
物質由一種或以上元素的巨大數量的原子所構成。核物理有個描述單位體積物質對中子的總俘獲截面的參數，這就是物質的中子宏觀俘獲截面∑比1立方厘米均勻物質，所含全部原子的中子微觀俘獲截面之總和就叫做該物質的中子宏觀俘獲截面。
低中子通量
在核反應爐等低中子通量的環境中，原子核俘獲單粒中子。例如，用中子輻射金（197Au）會生成處於高激發態的同位素金198（198Au），然後很快衰變躍遷到其基態，放射出伽馬射線。質量數在這過程中加1。這核反應可以用以下簡式表示：
- 197Au(n,γ)198Au
如果這核反應用到了熱中子，一般稱其為熱俘獲（thermal capture）。
同位素金198（198Au）易β衰變成同位素汞（198Hg）。原子序數在這過程加1。
S-過程以相同的過程發生，但是在恆星內部。[2]
高中子通量
如果中子通量的密度足夠高，以至於原子核在兩次中子捕獲之間沒有時間進行β衰變，那麼R-過程就將恆星的內部發生。這樣，質量數會大幅增長，而原子序數不變（核素種類保持不變）。只有在這一過程之後，其產生的高度不穩定原子核發生β衰變，轉變成具有更高原子序數、穩定或者不穩定的原子核。
用途
中子活化分析（Neutron activation analysis）可以用於遠程探測材料的化學組分。[3]這是因為不同的化學元素在吸收中子後會釋放不同特性的放射物質。這一特性使這一方法在礦業勘探和安全方面十分有用。
中子吸收劑
最有效的中子吸收劑是可以通過吸收一個中子產生穩定原子核的放射性同位素。例如，氙135（半衰期約9.1小時），可以吸收一個中子變成穩定的氙136。氙135可以在核反應爐里通過鈾235，鈾233和鈽239核分裂，伴隨產生碘135。碘135迅速發生衰變，放射出一粒β粒子（高能電子）並產生氙135。
其他主要的中子吸收劑還包括氦3同位素，它吸收中子後可以產生氚（氫的一種較重同位素）；硼10，它吸收中子後可以產生鋰和氦核；釤149也是一種有效的中子吸收劑，吸收中子後產生穩定的同位素釤150。
另外一些在核反應爐里的控制棒所使用的中子吸收劑包括鎘、鉿和稀土金屬釓，這些都含有若干種同位素，有一些還是非常高效的中子吸收劑。
鉿元素是近期發現的穩定元素，呈現出一些有趣的情況。儘管鉿是甚重的元素，它的電子結構實際上與鋯相同，而且二者總是在同一礦石鋯石中發現。然而，二者原子核的性質卻有深層次區別。鉿很易吸收中子，可用在原子反應爐的控制棒中，而鋯卻允許中子通過。這樣，鋯在原子反應爐也可用來製作燃料棒外殼。有鑑於此，分離自然合金狀態的鋯和鉿就顯得十分重要。這可以採用現代化學中的離子交換技術達到，並且成本相對低廉。科學家現正研究甲基異丁基酮－硫氰酸法、磷酸三丁酯法、三辛胺法和改進的N235-H2SO4法等溶劑萃取分離技術等新方法[4]
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Ishfaq Ahmad; Hans Mes, and Jacques Hebert. Progress of theoretical physics: Resonance in the Nucleus. Institute of Physics (Ottawa, Canada: University of Ottawa (Department of Physics)). 1966, 3 (3): 556–600 （英語）.
- ^ 張波，崔文元. AGB星s-过程核合成相关问题的研究进展. 天文學進展. 2006, 24 (1).
- ^ 謝國喜，馮松林，馮向前，朱繼浩，閆靈通，李麗. 龙泉窑古陶瓷年代断定的中子活化分析和Bayes判别. 原子能科學技術. 2009, 43 (6).
- ^ 徐志高，吳延科，張建東，王鑫，張力，王力軍. 锆铪分离技术的研究进展. 稀有金屬. 2010, 34 (3).