吸收曲線

吸收曲線又稱為共振吸收曲線，在原子核物理中表示指入射粒子被靶核吸收的機率，隨著入射粒子的能量變化形成的曲線。因為吸收機率又稱為吸收截面，為總截面與散射截面之差。而當入射粒子的能量在某一區間時，射向重核會發生強烈的共振吸收現象，曲線也會出現許多共振峰。

基本介紹

• 中文名：吸收曲線
• 外文名：Absorption curve
• 學科：原子核物理
• 其他領域：核反應堆物理分析
• 套用：吸收機率隨入射粒子能量變化曲線
• 相關概念：共振吸收 截面

相關簡介

圖一 共振吸收曲線

在實際套用中研究最多的是反應堆中中子的吸收曲線。

反應堆中中子的吸收包括被燃料吸收裂變和被非裂變材料吸收，具體包括：

(1)燃料吸收熱中子引起的裂變；

(2)慢化劑以及結構材料等物質的輻射俘獲；

(3)慢化過程中的共振吸收。

中子吸收

中子吸收亦稱 “中子俘獲”。指的是在核反應堆中，中子在與原子核相互碰撞後，被核所吸收並發出γ射線的過程。在有些情況下亦會導致核的β衰變或裂變。中子吸收包括（n，γ），（n，α），（n，p）以及核裂變反應。

輻射俘獲反應

輻射俘獲反應（n，γ）是反應堆內最常見的吸收反應。它的一般反應式為：

入射中子進入靶核後形成一種處於激發態的複合核，複合核是不穩定的。它通過發射γ射線而回到生成核基態，生成核的原子序數與靶核相同，但質量數增加1。生成核是靶核的同位素，有時生成核是不穩定的。所以，生成核往往具有放射性。

輻射俘獲反應可以在所有的中子能區發生，但低能中子與中等質量核、重核作用時容易發生這種反應。所以在熱中子反應堆內，輻射俘獲反應顯得特別重要。

應該指出，在輻射俘獲反應中，原先穩定的原子核通過俘獲一個中子後，往往轉變成了放射性的原子核，因此輻射俘獲反應會產生大量的放射性。這就給反應堆設備維護、三廢處理、人員防護帶來了不少困難。

放出帶電粒子反應

放出帶電粒子反應為（n，α），（n，p）反應。中子被靶核吸收後形成激發態的覆核，這些覆核通過放出帶電粒子如α，p粒子而返回到生成核的基態。但這些核反應只對少數幾種輕核才能發生。這是因為放出帶電粒子要逃出核，除了必須具有等於它的結合能的能量外，還必須有克服庫倫勢壘所需要的附加能量。而中等質量核核重核的庫侖勢壘都很高，所以只有輕核才有可能發生這類反應。在核反應堆物理分析中，放出帶電粒子的反應可以不加考慮。

裂變反應

裂變反應（n，f）是反應堆內最重要的核反應。易裂變同位素（如²³³U、²³⁵U等）在各種能量的中子作用下均能產生裂變反應，並且在低能中子作用下發生裂變的可能性較大。而可裂變同位素只有在能量高於某一閾值的中子作用下才能發生裂變反應，目前，壓水堆內最常用的燃料是二氧化鈾，其中²³⁵U是易裂變同位素，在任何能量中子的作用下，都能產生裂變反應。

吸收截面

吸收截面指入射粒子被靶核吸收的機率，為總截面與散射截面之差，符號為σ_a。

可由吸收係數除以沿入射方向上單位體積的吸收介質中所含分子的數目求得，它與靶核的性質和中子能量有關：

σ_a=-∆I/(I N ∆x)

式中，-∆I/I為平行中子束與靶核發生作用的中子所占的份額，N∆x是對應單位面積上的靶核數。

以不同的腳標來表示不同核反應的截面，如下標，s,e,in,γ,f,a,t 分別表示中子與原子核相互作用的散射，彈性散射，非彈性散射，輻射俘獲，裂變，吸收和總的反應截面，所以σ_a表示吸收截面。

吸收截面的量綱和面積相同。

截面的幾何意義是：當兩個微觀粒子（或粒子系統）碰撞合併時，如果把其中一個看作是點粒子，把碰撞時的相互作用等效成某種極短程的接觸作用合併時，吸收幾率應正比於沿運動方向來看另一粒子（或粒子系統）等效的幾何截面，這個幾何截面就是吸收截面。

曲線變化規律

在反應堆中，中子被重核（如U238核）吸收的截面變化規律隨其所處的能量區間而變化：

在低能區（E<1eV），微觀吸收截面與能量開方的倒數成正比，即吸收曲線按1/E^1/2變化。對於多數輕核，在中子能量從熱能一直到幾個keV甚至MeV的區間內，其吸收曲線都近似的按1/v（中子速率）規律變化，對於重核核中等質量核，由於低能區由共振吸收作用發生，其吸收截面就會偏離1/v規律；

在中能區（1eV<E<0.1MeV），對於重核，如U238核，在共振區內，某一能量附近的小隔間內，吸收截面突然變得特別大，即出現強烈的共振吸收現象，所以中能區的中子稱為共振中子，此時吸收曲線上出現許多共振峰，如圖一所示；

在高能區（E>0.1MeV），隨著中子能量的增加，共振峰間距變小，共振峰開始重疊，一直不再能夠分辨，微觀吸收截面隨著能量的變化，雖然有一定的起伏，單邊的緩慢平滑了而且截面數值很小，吸收曲線再次變得平滑。