核反應截面

核反應截面是表示入射粒子和靶核之間發生某一特定核反應幾率大小的物理量。物理意義為單個粒子入射到單位面積內只含一個靶核的核反應機率，反應截面是具有面積的量綱。一方面，通過對各種反應截面行為的分析，人們可以了解核的結構以及入射粒子與靶核之間的相互作用的性質。另一方面，各種反應截面、特別是中子引起的核反應的截面數據，對於核能和核技術的套用有著重大的實際意義，因此截面的測量在核物理實驗中占有非常重要的位置。

基本介紹

• 中文名：核反應截面
• 外文名：nuclear reaction cross section 
• 定義：物理量
• 重要的意義：在原子核物理學中
• 單位：巴 （b） 、毫巴 （mb）
• 領域：能源、核能
• 學科：原子核物理

核反應簡介

放射性核衰變是不穩定核的自發轉變（不可逆）；核反應是核在外界作用下的轉變過程（可逆）。研究核反應的重要目的之一是獲取核能。

核反應研究的問題為兩類：

一是反應運動學，研究在能、動量守恆下，核反應服從的一般規律；

二是反應動力學，研究參加核反應的各粒子間相互作用的機制

核反應定義

概念

反應截面：假定入射粒子束強度為I，打到一個靶上的橫截面是S，即單位時間達到靶上的粒子數為n=IS，設靶單位體積中有N個原子核，靶的厚度為h，h比較小，以至前後各原子核不會互相遮蔽，這樣入射粒子將看到全部NSh個原子核。

公式

構想每個原子核提供一個截面σ，凡是落入這個範圍的入射粒子就和靶核發生反應，單位時間共發生了△n個反應，則顯然反應幾率為：

因此

可以看出

σ=反應粒子數/(入射粒子數* 單位面積靶核數)

反應截面實質上是入射粒子和靶上一個靶核發生反應的幾率。

單位

巴 （b） 、毫巴 （mb）

注意

反應截面雖然量綱是面積，但它和原子核的幾何截面是完全不同的兩個概念，因此反應截面既可能大於幾何截面, 也可能小於幾何截面。

核反應截面的意義

核反應截面表示入射粒子和靶核之間發生某一特定核反應機率大小的物理量。這個量在原子核物理學中有重要的意義。一方面，通過對各種反應截面行為的分析，人們可以了解核的結構以及入射粒子與靶核之間的相互作用的性質。另一方面，各種反應截面、特別是中子引起的核反應的截面數據，對於核能和核技術的套用有著重大的實際意義，因此截面的測量在核物理實驗中占有非常重要的位置。這種幾率之所以叫截面，是因為它在經典力學中具有橫截面的直觀含義，而在量子力學中仍具有面積量綱的緣故 。

核反應截面

核反應過程是一種機率性過程，滿足能量-動量守恆的核反應只以一定的機率發生，描述此核反應過程機率的量就是核反應截面。設單位時間內發生指定核反應數目為n，薄靶（沒有遮蔽 ）的核數為N，單位時間打在單位面積上入射粒子數為I，則一個入射粒子與一個靶核發生指定核反應的機率，即反應截面σ為

σ=n/IN

σ具有面積量綱，單位為靶恩（b），1b=10-28米2。它可形象地想像為一個入射粒子和靶核可以發生指定核反應的圓盤的有效面積。反應截面不等於靶核的幾何截面。對於同一種靶核，反應截面的大小可因入射粒子種類、能量不同或反應類型不同而有很大不同。反應截面隨入射粒子能量Ea的變化關係σ（Ea）叫做激發函式，相應的曲線叫做激發曲線。

核反應截面是核反應研究的一項重要內容。實驗上測量激發函式，理論上根據其他實驗資料推測的反應機制和模型來計算，兩相比較可獲得更多的核知識。此外各種反應截面，特別是中子引起的核反應截面數據，對於核能和核技術的套用具有重大的實際意義。

測量技術

在兩體反應情況下，按截面定義,測量反應A(a,b)B的截面，原則上只需 要測定三個獨立的物理量，即：

核反應截面

①入射粒子束a的注量率或束流φ；

②被入射束照射的薄靶的靶核數NA；

③單位時間內產生A(a,b)B事件的反應數目nb。

由此可見,所謂截面測量技術，主要是指測量這三個量的實驗技術。

入射束流

對入射束常提出以下要求：準直、單色、能量已知並連續可變和強度適中。對中子注量率或帶電粒子束流的測量方法依束的性質而定。測量帶電粒子束流，最常用的方法是用微安表或束流積分儀直接測量法拉第筒接收到的粒子所引起的電流或電量。

靶核數

靶核數的測量技術有絕對定量技術和對已知量的標準樣品作相對測定的技術兩種。包括稱重法，α、β、Χ射線吸收法，光學干涉儀法，核反應測定靶厚法，定量化學分析法等。其中以稱重和定量化學分析法最為直接。對非純樣品還需要作化學純度分析和同位素質譜分析。

反應數

在實際的測量工作中,往往是幾種粒子(包括α、t、d、p、n、γ光子等)混雜在一起, 而實驗只要求測量其中的一種或分別測量各種粒子，因此反應數的測量至少包括粒子的性質、能量鑑別和數量測量兩種技術。

核反應截面

截面和角分布測量技術是核物理實驗的基本技術，近年來,這類技術有了很大發展，其重要標誌是,截面測量的高分辨、高精度以及多維分析和計算機的廣泛套用。