裂變碎片

對於鉍等較輕的核以及更重的核²⁵⁷Fm只出現一個峯，其對稱裂變佔優勢。裂變碎片分開時由於庫侖斥力作用，可以具有很大的動能，例如熱中子導致²³⁵U裂變，碎片的平均動能可達170兆電子伏特(MeV)左右，佔裂變釋放總能量的80%以上。裂變產物大部分是一些很不穩定的豐中子同質異位素，它們連續地進行一系列衰變，或者是發射中子，或者是β-衰變並伴隨γ躍遷。

中子的探測方法之一就是核裂變法，它是指中子與重核作用可以發生核裂變，通過記錄重核的輕重裂變碎片來探測中子。中子引起裂變放出的能量很大，其中兩個裂變碎片的能量共約165MeV。通過記錄裂變碎片的電離作用產生的信號易與γ射線分開。用裂變材料，可製成探測中子的探測器，如裂變室。對裂變碎片的測量，較為廣泛地使用裂變室、固體徑跡探測器等手段直接記錄裂變碎片。然而對於在狹小空間內的測量，裂變室的使用受到了限制。在我們進行的實驗中需要一種更小體積的探測器，並用核裂變法測量中子。所以，可用聚脂膜夾鈾片做成小探測器，通過測量聚脂膜上俘獲的裂變碎片的γ活性，來間接測量裂變碎片。 ^[1] 

在實驗中，14MeV源中子與實驗系統作用後，在鐵球表面不同測點上測量中子。可選用鈾裂變室測量。鈾裂變室用來直接記錄裂變碎片，得到裂變計數。裂變計數經修正後便可得到裂變反應率。裂變碎片也可通過間接的方法來記錄，就是採用鈾薄片和聚脂膜組合通過測量裂變碎片的γ活性，經過轉換得到裂變計數。裂變碎片的γ射線，分為瞬發γ射線和緩發γ射線。緩發γ射線是中子與裂變材料發生裂變反應後在小於10^－11s這樣短的時間內發射出來的，實驗上不易觀測到。緩發γ射線是不穩定的裂變碎片發射β射線變成穩定同位素時發射出來的。緩發γ射線發射率的衰減近似與時間t^－1.2成正比，所以實驗上易觀測到。實驗上測量裂變碎片的緩發γ射線。裂變碎片所發射的在某一能閾以上的積分γ計數正比於裂變碎片數。因此，裂變反應數N_f與裂變碎片所發射的積分γ計數N_γ有如下關係

。式中係數K可預先由裂變室刻度出，K也稱為轉換系數。

為了測量N_γ可將發射出鈾片的裂變碎片收集起來，即用俘獲法。用俘獲片(聚脂膜)緊貼鈾薄片兩面，裂變碎片由俘獲片吸收或收集。照射後，拿掉鈾片，測量兩片俘獲片上的積分γ活性，由上式給出裂變反應數，經修正後得到絕對裂變反應率。這樣做成的探測器也叫俘獲探測器，由於其體積更小，可在狹小的空間內測量反照中子。

通過俘獲探測器測量，一方面可在特定場合下(如有限空間內)替代裂變室測量，另一方面其計數較強，對於弱中子場，其計數效率較高。

俘獲探測器是由聚脂膜和鈾片組成的。聚脂膜與鈾片可組成夾心餅乾式。這裏要求聚脂膜與鈾片要緊貼；俘獲片的直徑大於鈾片的直徑，以減少邊界效應的影響。並且照射中確保使鈾片和俘獲片間的邊界效應不變。若用多個鈾片，鈾片要對心，不能錯位等，為了解決這些問題，提高測量的準確性，設計了一對鋁壓環。鋁壓環內徑22mm，外徑31 mm，成對使用。俘獲探測器的結構示意圖如圖1所示，鈾片選用貧化鈾，其尺寸為24 mm×0.5 mm。俘獲片30mm，厚50μm。

圖1所示的結構不論探測器如何擺放，多個鈾片都不會錯位，且能壓緊，聚脂膜取放方便，可減少冷卻時間。俘獲片上裂變碎片的γ射線用NaI(Tl)探測器測量。俘獲片取出後放在定位盒中，以確保俘獲片不錯位，且要壓緊。定位盒放在NaI(Tl) 探測器上測量俘獲片上的γ射線。

通過測量裂變碎片的γ射線來測量中子的方法。確定了測量條件。不同實驗系統的平均刻度轉換系數在±2.5%範圍內是符合的。比較了該方法與裂變室的測量結果，兩者在實驗誤差範圍內是一致的。該方法用於弱中子的研究是可行的。

核裂變是非常複雜的物理過程，核科學家們對核裂變已進行長期深入廣泛的研究。為在實驗上更好地觀測裂變物理過程和獲得更多的裂變物理數據，國際上多個實驗室建立了裂變多參數實驗測量系統。這類系統能夠同時測量裂變的瞬發中子、瞬發γ射線、X射線、裂變碎片動能，並能確定裂變碎片的質量。因此，它是裂變物理實驗研究中非常有效的工具。對於利用裂變多參數測量系統進行固定質量數和固定電荷數的裂變碎片核瞬發中子譜的實驗測量研究，一個重要的問題是必須區分所測得的中子是由何種碎片發射的，即必須瞭解發射的中子能譜與中子發射角(裂變碎片運動方向與發射中子方向的夾角)的關係，特別是當用中子探測器測量某一給定裂變碎片核的發射中子能譜時，需瞭解互補裂變碎片核發射的中子所帶來的干擾程度，Monte-Carlo方法在分析計算該類物理問題時顯得較為方便。 ^[2]