核反应截面

[拼音]：hefanying jiemian

[外文]：cross section of nuclear reaction

表示入射粒子和靶核之间发生某一特定核反应几率大小的物理量。这个量在原子核物理学中有重要的意义。一方面，通过对各种反应截面行为的分析，人们可以了解核的结构以及入射粒子与靶核之间的相互作用的性质。另一方面，各种反应截面、特别是中子引起的核反应的截面数据，对于核能和核技术的应用有着重大的实际意义，因此截面的测量在核物理实验中占有非常重要的位置。

这种几率之所以叫截面，是因为它在经典力学中具有横截面的直观含义，而在量子力学中仍具有面积量纲的缘故。

反应截面

核反应截面σ的定义为（对薄靶）

。

对于带电粒子核反应，通常σ直接用下式表示

σ＝n/(I·N_s)，

式中n是单位时间发生指定反应的事件数，I是单位时间打在靶上的入射粒子数（粒子流强），N_s是单位面积上的靶核数。对于中子核反应，习惯上中子流强用中子注量率嗞，即单位时间通过单位面积上的中子数表示。于是σ表示为

σ＝n/(嗞·N)，

式中N是靶中的核数目(设靶上所有原子核都受到中子辐照)。

截面的绝对值是很小的，因此截面单位通常采用靶恩（b，1靶恩=10^-298米²）或毫靶恩。

各类分截面和全截面随入射粒子能量变化的规律，称为激发函数或激发曲线。图1是一此反应的典型的激发曲线的示意图。

微分截面

反应后出射到某个方向 (θ，嗞)的单位立体角内的作用截面σ(θ，嗞)称微分截面，也记做 dσ/dΩ。它的表达式为

σ(θ，嗞)＝Δn/(φ·NΔΩ)，

式中立体角元ΔΩ=sinθΔθΔ嗞（图2），Δn是出射到方向(θ，嗞)的ΔΩ内的发生指定事件的粒子数。

通常在非极化情况下，出射粒子强度分布具有对入射粒子运动方向的轴对称性，所以实验上只需测量随角度θ变化的微分截面，并把σ(θ)随角度θ变化的关系叫做角分布曲线。常遇到的角分布形状有①90°对称的，②前倾的，③后倾的，④各向同性的，⑤上下起伏的等。显然

。

分截面

如果反应后的出射粒子可按某种性质来分类(i=1，2，…)，则第i类分截面σ_i可表示为

σ_i=n_i/(φ·N)，

式中n_i表示单位时间内产生的第i类粒子数目。

全截面

各类分截面之和。

核反应截面测量技术

在两体反应情况下，按截面定义，测量反应A(a，b)B的截面，原则上只需要测定三个独立的物理量，即：

（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数N_A；

（3）单位时间内产生A(a，b)B事件的反应数目n_b。由此可见，所谓截面测量技术，主要是指测量这三个量的实验技术。

注量率或束流

对入射束常提出以下要求：准直、单色、能量已知并连续可变和强度适中。对中子注量率或带电粒子束流的测量方法依束的性质而定。测量带电粒子束流，最常用的方法是用微安表或束流积分仪直接测量法拉第筒接收到的粒子所引起的电流或电量。

靶核数

靶核数的测量技术有绝对定量技术和对已知量的标准样品作相对测定的技术两种。包括称重法，α、β、Χ射线吸收法，光学干涉仪法，核反应测定靶厚法，定量化学分析法等。其中以称重和定量化学分析法最为直接。对非纯样品还需要作化学纯度分析和同位素质谱分析。

反应数

在实际的测量工作中，往往是几种粒子(包括α、t、d、p、n、γ光子等)混杂在一起，而实验只要求测量其中的一种或分别测量各种粒子，因此反应数的测量至少包括粒子的性质、能量鉴别和数量测量两种技术。

截面和角分布测量技术是核物理实验的基本技术，近年来，这类技术有了很大发展，其重要标志是，截面测量的高分辨、高精度以及多维分析和计算机的广泛应用。

参考书目

1. J.B.Marion and J.L.Fowler，Fast Neutron physics，part 2，Interscience，New York，1963.