如何檢測中子及其能量？

1樓：趙東東

大家都給出了很不錯的回答，這裡我給乙個比較具象化的回答。

前不久幫乙個做半導體的朋友，做了乙個模擬：有塑料封裝的半導體器件(成分主要是矽)，與宇宙射線中的中子發生作用的模擬。下圖是根據實測結果，模擬得出的「海平面附近，宇宙射線中的中子能量分布「。

一千萬次的模擬中，中子初始動能的分布圖

模擬中，用到了很多物理過程，其中就包括了其他答主提到的各類碰撞過程：

強子彈性碰撞/非彈性碰撞

離子彈性碰撞/非彈性碰撞

衰變物理過程

標準電磁反應過程

在這裡提乙個其他答主沒提到的有趣現象：中子誘發的」單粒子翻轉「。這個現象十分有趣，半導體材料與中子發生核反應後，產生的次級重離子，能夠引起積體電路的單粒子翻轉。

其直接體現是：引起電位狀態的跳變，也就是讓電位由0變1，或者由1變0。

這個情況可是了不得，在我們的地表，問題尚不算明顯。但是如果在高空，或者太空中，隨著宇宙射線的增多，這可是需要慎重考慮的問題，畢竟你也不希望你衛星或是飛機上的計算機，因為這個問題而無法正常工作。

下圖是模擬中的半導體器件：黃色線條是塑料封裝的輪廓線，藍色部位既是半導體器件。右側為側檢視。

右側的側檢視可以看到，塑料封裝完全包裹著藍色的半導體器件

在模擬中，我將宇宙射線中的中子，以平行束流的形式，打在半導體器件上。絕大部分中子會沒有發生任何反應，而穿過器件(畢竟反應截面不大)。剩下的一小部分中子，會與半導體材料發生反應，而產生各種次級重離子，以及質子。

下圖左側為平行中子束流轟擊半導體材料的示意圖，右側為隱藏了中子軌跡後的示意圖，可以看到，一小部分中子與材料發生作用，產生了各類次級粒子。

圖中不同顏色的粒子軌跡代表了不同的帶電狀況：綠色為中性粒子，藍色為帶正電荷粒子，紅色為帶負電荷的粒子

不得不說，中子與半導體材料發生作用後產生的次級粒子也算是五花八門，由下面的統計圖可以看出，半導體材料中的矽原子，氧原子等，在與中子發生反應後，產生了很多不同元素的重離子。下圖中只列出了數量最多的15種次級粒子。

五億次模擬結果後，產生的數量最多的15種次級粒子

所以說，雖然中子是不帶電荷的中性粒子，但通過其與物質反應後的現象，即可探測到它的存在；同時也可以通過這些次級粒子，來得出其能量為幾何。

2樓：小透明

期末了，，又到了複習順便答個題的時間，，，

眾所周知，中子是不帶電的，所以一般中子探測只能通過中子與介質發生散射或核反應，探測反應後的次級帶電粒子來間接測量中子。有時候可以測量到能量，有時候只能測中子通量（單位時間通過多少個中子）。從原理上來說主要有這麼幾種方法：

核反衝法。中子射入後和介質原子核發生彈性散射，這個過程能動量守恆，所以測量反衝原子核的能量就能夠反推出中子能量。如果探測介質選含氫比較多的，比如氫氣、甲烷等，那反衝核就是質子。

測量和入射中子成乙個角度內的散射質子能量就能推出入射中子束能量。

核反應法。比如最常用的，反應產生的質子與入射中子通量成正比。通過測量反應產生了多少質子，推出入射中子通量。

因為反應放能是一定的，由能量守恆也可以通過測量出射質子能量推出入射中子能量，但實際上T也會分走一部分，所以核反應法測能量的精確度一般

核裂變法。利用中子和重原子核比如鈾235，鈾233發生核裂變，記錄產生的裂變碎片來間接測量中子通量。核裂變放出能量一般遠大於中子能量，所以這種方法也是不能測能量，不過同時好處是受本底影響較小，可以在強gamma本底的情況下測中子通量。

有些重核發生裂變需要入射中子能量大於乙個閾值，可以作為能量的閾探測器。

核活化法。有些樣品經過中子輻照後會變為放射性核素，比如將樣品照射一段時間後，測量其放射性活度，也可以得到中子強度。不過這種方法一般用於產生放射性核素而不是探測中子。

還有一些其他方法，比如測飛行時間推速度再得到能量，還有直接用機械單色儀的，調整轉速測量中子速度，根據實際需要選擇和設計。不過上面這些應該就夠了吧，，，至少我複習是夠了（笑）

3樓：盧健龍

粗略地說一下。

中子沒有非零的淨電荷，這使得中子在介質中有比質子更強的穿透能力。中子在介質中運動時能量的主要損失途徑是其跟介質中的原子核發生碰撞。在碰撞足夠劇烈的時候，被撞擊的原子能夠獲得足夠的能量去產生離子，這就是乙個可以利用來進行間接的中子探測和測量的效應。

感興趣的讀者可以自行閱讀中子的發現者J. Chadwick所寫的《Bakerian Lecture —The Neutron》