怎样甄别衰变产生的中子射线与伽马射线区别与散裂中子源?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-01-11 10:45 标签： 中子射线与伽马射线区别
技术背景：中子源在现代科学技术中是很重要的。现有两种中子源，一种是反应堆中子源，一种是散裂中子源。这两种中子源的优点是中子产量大，但中子能谱弥散度也大。实际应用中，很多情况需要能谱单一的中子。鉴于此，本发明提出一种伽码激光或伽码射线中子源，其特点是能谱连续可调，単色性好，但强度较前两种中子源要小。乏燃料(俗称核废料)的处理是核能领域的重要问题。传统处理乏燃料的方式是将有放射性的乏燃料深埋地下或海底。由于地震随机发生，因此这不是万全之策。本发明提出用伽码激光或伽码射线转化乏燃料为无放射性物质的方法与装置，可根本性地解决燃燃料的问题。中子发生与乏燃料处理看似两个问题，实质上是同一问题。因为，中子必然产生于核裂变或衰变，转化乏燃料为无放射性物质也是核裂变或衰变，而且乏燃料的原子核也几乎都是丰中子核，解决这两个问题的方法与装置本质上同一。现在频率连续可调的伽码射线已经在世界众多实验室实现，频率连续可调的伽码激光也已经提出[1]-[3]。因此，可以利用伽码激光或伽码射线产生中子及转化乏燃料为无放射性物质或转化为可用的核裂变元素。文献[4]提出了一种利用伽码激光或伽码射线产生中子的方式，本发明与其差别在于不仅仅‘单光子能量高于核激发态’，而且也可以等于核激发态的能量；此外，本发明也是处理乏燃料的装置。技术实现要素：：本发明的中子源需用丰中子核，有放射性的乏燃料也几乎都是丰中子核，因此下文所述丰中子核，既可以是中子源中的丰中子核，也可以是乏燃料中的丰中子核。伽码激光或伽码射线在中子源与处理乏燃料中的应用方法与装置，其特征是，这种装置由伽码激光或伽码射线发生器，靶球，约束等离子体的磁约束装置构成；靶球中的原子核为丰中子核；对于有激发态的丰中子核，应选择激发态的主要衰变方式是核裂变、且激发态的寿命τ相对较短、短于1小时的丰中子核；具有裂变同核异能素的核是这样的核，属于这种核[5]；这时，伽码激光或伽码射线的频率ωγ满足式中，Ee为激发态的能量，m是丰中子核的质量；伽码激光或伽码射线辐照靶球，辐照的时间等于靶球等离子体被约束的时间；伽码激光或伽码射线的能流密度Iγ满足式中，σγN是丰中子核对伽码光子的吸收截面，τ是核激发态的寿命；吸收能量为伽码光子的核处于能量为Ee的激发态，经过τ时间后衰变为子核与中子；当伽码激光或伽码射线的频率满足时，无论丰中子核是否有激发态，都能产生中子，式中Ef是丰中子核放出一个中子所需能量；吸收能量为伽码光子的核直接裂变为子核与中子。可以利用相应的传统技术处理聚变过程产生的正离子、中子与电子。由于伽码激光或伽码射线辐照乏燃料或中子源中的丰中子核，所产生的中子和正离子的能量随伽码光子能量增大而增大；可以调整靶球等离子体的温度与伽码光子的能量，使得所产生的中子或正离子获得所需要的能量，当其作用于靶核时，能够被靶核吸收或使靶核处于激发态；靶核吸收中子或正离子后，可成为有用的新放射性元素；处于激发态的靶核能衰变为没有放射性的子核与中子；根据需要与条件确定靶球等离子体的温度与伽码光子的能量。可见，由于这种装置所产生中子和正离子的再利用，这种装置产生的中子或处理的乏燃料不是简单地正比于伽码光子的能流密度，而是可以更多。伽马射线中子源的特点：由于伽码激光或伽码射线的波长连续可调，単色性好，靶核激发态或中子的解离能是完全确定的，因此末态中子与子核能量可以连续可调，在一个确定方向出射的中子能量的単色性也必然很好。由于中子不能加速，这样的中子源对于核物理是重要的。这样，这种装置可作为链式裂变核反应的点火装置，即，调整靶球等离子体的温度与伽码光子的能量，使所产生的中子具有所需要的能量与単色性，用这种中子辐照能发生链式裂变反应的靶核，使链式反应发生，释放核能。放射性核的壳修正理论与核实验都表明，238U等放射性元素存在裂变同核异能素。即，处于亚稳态的放射性核具有双峰型裂变势垒，且第二个势阱极小值比第一个势阱极小值高[2]。所以处于第二个势阱中的核比处于第一个势阱中的核通过势垒隧穿衰变的概率更大，寿命更短。吸收适当能量的伽码光子后，处于第一个势阱中的核能够跃迁到第二个势阱中。处于第二个势阱中的核通过辐射伽码光子再跃迁回第一个势阱中的概率很小。处于第二个势阱中的核将衰变为几个没有放射性的子核与中子。激发态靶核吸收中子或正离子，释放适当的能量后，也能成为核子数更大、可以利用的有放射性的核。例如，吸收一个中子后，经过两次β-衰变，变为伽码激光与核的作用显著强于同样振幅、同样频率伽码射线与核的作用。现在，伽马激光尚未实现，暂用强度更大的单色伽码射线代替伽马激光作用于原子核，使其跃迁到激发态或直接发生核裂变。附图说明：图1是伽码激光或伽码射线在中子源与处理乏燃料中应用的装置水平剖面示意图。图中，1是靶球；2是对称分布的伽码激光或伽码射线发生器，辐射的伽码光子射向靶球。具体实施方式：实施例1.取制作的靶球，半衰期为16.02h，有一个裂变同核异能素这一激发态能量是EeAm＝2.2×106eV，寿命14ms[7]。以的质量和EeAm代入(1)，就确定了伽马射线的频率ωγAm。以频率ωγAm、强度为IγAm的伽码射线辐照靶球。吸收能量为光子的核处于激发态14ms.之后将衰变为子核与中子。中子产量正比于伽马射线强度IγAm。用同样的方法与装置，只要调整伽码激光或伽码射线的频率强度就可以处理具有裂变同核异能素的放射性物质，例如具有这些核的放射性元素。这些也可以作为中子源的材料。用相应的传统技术利用核衰变或裂变释放的能量，并处理这一过程产生的正离子与电子。实施例2.取20g重水，以伽码光子能量3MeV(大于2.224MeV是必要的)、伽码射线强度为10W的伽码射线辐照有2H+γ→H+n。
(4)所释放中子的能量正比于伽码光子能量。产生的中子射向目标；用传统技术处理这一过程产生的正离子与电子。参考文献[1]Chen Shi-Hao，Chen Ziwei，Electron-photon backscattering laser[J]，Laser Physics，2014，24，045805.[2]Chen Ziwei，Chen Shi-Hao，A discussion on electron-photon backscattering lasers and electron-photon backscattering laser in a laser standing wave cavity[J]，Laser Physics，20154，25，045803.[3]Chen Shi-Hao，Chen Ziwei，Coherent conditions of electron-photon backscattering light in a wiggle magnetic field[J]，Laser Physics，2016，26，025807.[4]陈世浩，光中子源，专利申请号：201610482356.2。[5]卢希庭，原子核物理，修订版，北京，原子能出版社，1980，333-335。[6]杨福家，王炎森陆福全，原子核物理，2006，第二版，复旦大学出版社，282。.[7]Table of Isotopes，Eighth Edition，Edited by Richard B.Firestone，Virginia S.Shirley and S.Y.Frank Chu et al，1996，Weily Interscience，9822，9912。
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