「中性子線」の版間の差分

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[[File:Alfa beta gamma neutron radiation M1.PNG|250px|thumb|'''放射線の透過能力'''：中性子線は他の放射線に比べ挙動が著しく異なり、[[水]]やコンクリートなどの厚い壁に含まれる[[水素]]原子によってはじめて減速され遮蔽される。]]
 
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[[原子核物理学]]における'''中性子線'''（ちゅうせいしせん、{{lang-en-short|neutron beam}}）とは[[中性子]]の[[粒子線]]を言う。
 
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== 概要 ==
 
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中性子線を物質に当てると、中性子は物質内の[[原子]]の[[原子核]]と衝突を繰り返すうちにエネルギーを失って行く。やがて、周りの原子（分子）の熱運動と熱平衡状態に達し、その熱運動と同程度のエネルギー状態（k<SUB>B</SUB>T程度、k<SUB>B</SUB>は[[ボルツマン定数]]、Tは[[熱力学温度|絶対温度]]）となる。この状態になった中性子のことを、'''熱中性子'''と言う。常温での値（=k<SUB>B</SUB>TでT = 300[[ケルビン|K]]として）は、およそ0.025[[電子ボルト|eV]]である。
 
  
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中性子は[[電荷]]を持たないが、[[スピン角運動量|スピン]]を持つので、中性子線は、これを使った[[結晶構造]]解析、特に磁気構造の解析に有用である。
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'''中性子線'''（ちゅうせいしせん、{{lang-en-short|neutron beam}}）
  
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中性子線のエネルギーは中性子と同程度の質量を持つ物、すなわち出来るだけ軽い原子核との衝突で効率的に吸収される。よって中性子線を止めるためには水素原子を多量に含む水(巨大な水槽に沈める)やコンクリートなど厚い壁が必要である。重元素による遮蔽は有効ではない<ref>これは、ピンポン球(=中性子)を、同じピンポン球(=水素)が並んでいる空間に投げ込む(=入射する)場合と、ビリヤードの玉(=重元素)が並んでいる空間に投げ込む場合を想像すれば直感的にイメージできる。それぞれ実際には熱振動をしている訳だが、前者ではピンポン球同士がお互いにはじき飛ばし合って速度(=エネルギー)が均一になり熱振動に紛れてしまうのに対し、後者ではピンポン球が一方的にはじき飛ばされるばかりでほとんど速度は落ちない(=減速されない)。
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物質に入射した中性子は物質内の原子と何回も衝突して次第にエネルギーを失い，ついに原子の熱運動と平衡状態に達する。このような状態にある中性子を熱中性子という。速度はほぼマクスウェル＝ボルツマン分布に従い，その平均値は常温で約 2200m/sec，運動エネルギーの平均値は約 0.025eV (電子ボルト) である。
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</ref><ref>水素に比較すれば重い元素である[[ホウ素]]や[[カドミウム]]と言った元素でも核反応により中性子線を吸収するが、反応を起こす中性子線のエネルギー幅は限られる上に遮蔽材として適当ではない。よってこれら単独で遮蔽材に用いられることはなく、水素原子で十分に減速させた後最終的にこれらの物質に吸収させるという方法が取られる。
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</ref>。
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{{テンプレート:20180815sk}}
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== 中性子との核反応 ==
 
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中性子線を物質に照射すると、中性子と物質中の原子核との様々な[[核反応]]が発生することになる。主に原子炉に関係するものとして、中性子による核反応は、'''吸収'''（absorption）と'''散乱'''（scattering）の二つに分けることができる<ref>[[#安(1980)|安(1980)]] p.1</ref>。
 
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=== 吸収（absorption） ===
 
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中性子が原子核に衝突するとき、中性子がその原子核に吸収されることがあるが、この核反応を'''吸収'''（absorption）と呼ぶ<ref>[[#安(1980)|安(1980)]] pp.1-2</ref>。吸収反応には、原子核が中性子を吸収したのちに、
 
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:（１）他の粒子またはガンマ線を放出する'''[[中性子捕獲|捕獲]]'''（capture）<ref>[[中性子捕獲|捕獲]]によって、物質中の元素の原子核（標的核）は別の[[核種]]に変化する。これを利用したものとしたものとしては、[[ヒト]]の[[血漿]]中に含まれる<sup>23</sup>[[ナトリウム|Na]]が中性子捕獲によって<sup>24</sup>[[ナトリウム|Na]]に変化すると[[半減期]]約15時間で[[ガンマ線]]を放つことを利用した、中性子線による急性被曝の検査手法などがある。
 
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</ref>と
 
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:（２）原子核自体が分裂する'''[[核分裂反応|核分裂]]'''（fission）
 
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の二つがある。
 
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=== 散乱（scattering） ===
 
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中性子が原子核に衝突するとき、その系から、また中性子が放出されることがあるが、この核反応を'''散乱'''（scattering）と呼ぶ<ref>[[#安(1980)|安(1980)]] p.2</ref>。散乱には、'''弾性散乱'''（elastic scattering）と'''非弾性散乱'''（inelastic scattering）の二つがある。
 
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== 脚注 ==
 
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<references />
 
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== 参考文献 ==
 
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* {{cite book | 和書 | author=安 成弘 | title=原子炉の理論と設計 | year=1980 | publisher=東京大学出版会 | series=原子力工学シリーズ | ref=安(1980) }}
 
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==関連記事==
 
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* [[核分裂反応]] - [[高速中性子]]
 
−
* [[中性子回折法]]
 
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{{放射線}}
 
 
{{DEFAULTSORT:ちゆうせいしせん}}
 
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[[Category:原子力]]
 
[[Category:原子力]]

2018/12/22/ (土) 21:54時点における最新版

中性子線（ちゅうせいしせん、英: neutron beam）

物質に入射した中性子は物質内の原子と何回も衝突して次第にエネルギーを失い，ついに原子の熱運動と平衡状態に達する。このような状態にある中性子を熱中性子という。速度はほぼマクスウェル＝ボルツマン分布に従い，その平均値は常温で約 2200m/sec，運動エネルギーの平均値は約 0.025eV (電子ボルト) である。


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