核反应截面

原子核物理术语

核反应截面是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。物理意义为单个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的核反应概率，反应截面是具有面积的量纲。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。

核反应简介

放射性核衰变是不稳定核的自发转变（不可逆）；核反应是核在外界作用下的转变过程（可逆）。研究核反应的重要目的之一是获取核能。

核反应研究的问题为两类：

一是反应运动学，研究在能、动量守恒下，核反应服从的一般规律；

二是反应动力学，研究参加核反应的各粒子间相互作用的机制

核反应定义

概念

反应截面：假定入射粒子束强度为I，打到一个靶上的横截面是S，即单位时间达到靶上的粒子数为n=IS，设靶单位体积中有N个原子核，靶的厚度为h，h比较小，以至前后各原子核不会互相遮蔽，这样入射粒子将看到全部NSh个原子核。

公式

设想每个原子核提供一个截面σ，凡是落入这个范围的入射粒子就和靶核发生反应，单位时间共发生了△n个反应，则显然反应几率为：

因此

可以看出

σ=反应粒子数/(入射粒子数* 单位面积靶核数)

反应截面实质上是入射粒子和靶上一个靶核发生反应的几率。

单位

巴（b）、毫巴（mb）

注意

反应截面虽然量纲是面积，但它和原子核的几何截面是完全不同的两个概念，因此反应截面既可能大于几何截面, 也可能小于几何截面。

核反应截面的意义

核反应截面表示入射粒子和靶核之间发生某一特定核反应概率大小的物理量。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。

核反应过程是一种概率性过程，满足能量-动量守恒的核反应只以一定的概率发生，描述此核反应过程概率的量就是核反应截面。设单位时间内发生指定核反应数目为n，薄靶（没有遮蔽）的核数为N，单位时间打在单位面积上入射粒子数为I，则一个入射粒子与一个靶核发生指定核反应的概率，即反应截面σ为

σ=n/IN

σ具有面积量纲，单位为靶恩（b），1b=10-28米2。它可形象地想象为一个入射粒子和靶核可以发生指定核反应的圆盘的有效面积。反应截面不等于靶核的几何截面。对于同一种靶核，反应截面的大小可因入射粒子种类、能量不同或反应类型不同而有很大不同。反应截面随入射粒子能量Ea的变化关系σ（Ea）叫做激发函数，相应的曲线叫做激发曲线。

核反应截面是核反应研究的一项重要内容。实验上测量激发函数，理论上根据其他实验资料推测的反应机制和模型来计算，两相比较可获得更多的核知识。此外各种反应截面，特别是中子引起的核反应截面数据，对于核能和核技术的应用具有重大的实际意义。

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NA；

③单位时间内产生A(a,b)B事件的反应数目nb。

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。

入射束流

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