中子屏蔽-鉛、鎘及石蠟

10.請敍述中子與物質作用的機制。中子屏蔽的問題須考慮哪幾個重點，又如何選擇屏蔽材料？（94-1師專）

解：

(1) 彈性碰撞，中子與靶核碰撞而損失能量，損失的能量轉移成靶核的動能。彈性碰撞的結果，會使快中子能量遞減，方向改變。

(2) 非彈性碰撞，入射中子把一部分能量傳給靶核並使靶核激發，當受激核返回基態時，通常會放出γ射線。對於重元素而言，非彈性碰撞的作作較為重要。

(3) 快中子與物質碰撞減速為熱中子後，被吸收體的原子核捕獲的機會大增。中子被捕獲的結果，靶物質被活化，同時釋出輻射（如α粒子、質子、γ射線等）。重要的中子捕獲反應如¹⁴₇N(n, p) ¹⁴₆C。此外，熱中子被²³³U、²³⁵U 或²³⁹Pu 等核種捕獲，其複合核會產生分裂反應並放出巨大能量，這就是核能發電的原理。

中子的屏蔽：

中子的屏蔽問題包括了三點：(1)快中子緩速或減能，(2)捕獲減能後的中子，(3)衰減所可能引起的加馬輻射。捕獲快中子之前必須先將其緩速，而下列二種作用可使快中子緩速：

(1) 中子與重元素（特別是鐵）起非彈性碰撞，中子能量大於1MeV 者，作用尤其顯著。

(2) 中子與輕原子核，例如氫，起彈性碰撞。

中子被緩速成為熱中子後，再被屏蔽的原子核捕獲而起(n,γ)作用，將產生射線，故除了考慮屏蔽中子的物質外，還須考慮屏蔽所產生的γ射線才行。

質量數小的元素是優良的中子緩和劑，因此水、塑膠、石臘、鈹及石墨等為一般中子屏蔽的材料。但選取屏蔽中子的物質時，尚應考慮(1)能否有效降低快中子的能量，(2)對熱中子捕獲截面積是否夠大，(3)對其產生的γ射線是否亦為有效屏蔽。

7.請問中子的屏蔽問題包括哪些重點，又以何種材質做為屏蔽材質效果最佳？(94-1員專)

解：中子的屏蔽問題包括了三點：(1)快中子緩速或減能，(2)捕獲減能後的中子，(3)衰減所可能引起的加馬輻射。捕獲快中子之前必須先將其緩速，而下列二種作用可使快中子緩速：

(1) 中子與重元素（特別是鐵）起非彈性碰撞，中子能量大於1MeV 者，作用尤其顯著。

(2) 中子與輕原子核，例如氫，起彈性碰撞。

(3)17. 如果使用鉛、鎘及石蠟作為中子屏蔽，則由靠近射源的內層往外較適合排列順序為 (1) 鉛、鎘、石蠟 (2) 鉛、石蠟、鎘 (3) 石蠟、鎘、鉛 (4) 鎘、鉛、石蠟（92-2證專）

  先使用石蠟作為緩和劑，以減速中子。

  利用鎘的高中子捕獲截面，以捕獲熱中子。

  最後使用鉛來衰減中子與γ光子的輻射強度。