中子源是能夠產(chǎn)生中子的裝置,進行中子核反應(yīng)、中子衍射等中子物理實驗的必要設(shè)備。要用中子研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu),必須有一個適當?shù)闹凶釉?。最早使用的是放射性同位素中子源,但強度較低,壽命有限。20世紀用于中子核物理研究的主要中子源,是用低能粒子加速器產(chǎn)生的帶電粒子束轟擊靶而產(chǎn)生的中子,其能量單一、脈沖性好,但中子產(chǎn)生效率較低。反應(yīng)堆中子源中子通量高,應(yīng)用最為廣泛,但由于反應(yīng)堆散熱技術(shù)的限制,使其最大中子通量受到限制。
散裂中子源的出現(xiàn)則突破了反應(yīng)堆中子源中子通量的極限。
當高能量粒子如高能質(zhì)子轟擊重原子核時,一些中子被“剝離”,或被轟擊出來,這個過程稱為散裂。與裂變反應(yīng)相比,散裂反應(yīng)釋放的能量較低,但它可以將一個原子核打成幾塊,這個過程中會產(chǎn)生中子、質(zhì)子、介子、中微子等,有利于開展核物理前沿課題研究和應(yīng)用研究,且次生中子還會與臨近的靶核作用而產(chǎn)生中子——即核外級聯(lián)。一個質(zhì)子在打靶后大概可以產(chǎn)生20到30個中子,這是散裂中子源的基本條件。
上世紀80年代起,由質(zhì)子加速器驅(qū)動的散裂中子源,逐漸進入實際應(yīng)用階段。其原理比較簡單,用高能強流質(zhì)子加速器,產(chǎn)生1 GeV左右的質(zhì)子轟擊重元素靶(如鎢或鈾),在靶中產(chǎn)生散裂反應(yīng)。散裂中子源的特點是在比較小的體積內(nèi)可產(chǎn)生比較高的脈沖中子通量,能提供的中子能譜更加寬廣,大大擴展了中子科學(xué)研究的范圍。
|