1.4.2 中子物理
中子物理是核物理的一个分支，它主要研究中子、中子和物质相互作用的性质。
中子物理的发展，对原子核理论的研究，对原子核基本性质的了解，都是很重要的。在历史上，中子的研究工作对于裂变的发现与研究、核反应理论的建立与发展，起过重要的作用。
原子能的开发及应用，进一步促进了中子物理的研究。自从1938年发现中子能引起重核裂变释放出核能以后，人们就以很大的精力研究中子及它和物质相互作用的性质，这为建立反应堆和制造原子弹提供了许多有用的数据。
中子物理和其他学科相结合，在工、农、医各部门的应用中，都取得了一些明显的效果，产生了一些有生命力的边缘学科。例如：利用慢中子的非弹性散射和衍射，研究原子和固体物质的性质；中子活化分析可使微量分析做到快速准确；中子测水、中子测井、中子辐照育种和中子成像等技术已较广泛地应用；另外，也开展了中子治癌的临床试验。
中子存在于除氢以外所有原子的原子核中，是构成原子核的重要组分。中子会以高度凝聚态的形式构成中子星物质。自1932年查德维克等人发现中子以来，人们对中子的基本性质进行了大量研究，目前已有相当清楚的了解。
自由中子是不稳定的。一个自由中子会自发地转变成一个质子、一个电子（β-粒子）和一个反中微子，并释放出0.782 Me V的能量。自由中子的半衰期为（10.61±0.16）min。自由中子的不稳定性反映出中子静止质量稍大于氢原子质量这个事实。两者的静止质量分别为m u=1.008 664 9 u=939.565 3 MeV和m H=1.007 825 u=938.783 0 MeV。
为了研究中子与物质相互作用及它们在实际问题中的应用，首先必须要有能够满足不同要求的中子源以产生所需的中子。当今，人们使用的中子源大致分成三类，即加速器中子源、反应堆中子源和放射性中子源。一般说来，前两种中子源，特别是加速器中子源性能更好，多用性强；而放射性中子源可实现便携式应用，使用方便，适合野外及现场使用。
加速器中子源是利用各种带电粒子加速器去加速某些粒子，如质子和氘等，用它们去轰击靶原子核产生中子。这种中子源的特点是可以在较广阔的能区内获得强度适中、能量单一的中子束流。
在低能加速器上用来产生0～20 Me V单能中子的几种反应如表1.6所示。
表1.6 在加速器上产生单能中子的核反应
反应堆中子源是利用重核裂变，在反应堆内形成链式反应，不断地产生大量的中子。这种中子源的特点是中子注量率大，能谱形状比较复杂。
反应堆中子源是一个体中子源，它的强度不宜用总的中子数来描述，而是用每秒进入某一截面的单位面积的中子数来表示，称为中子注量率。一般反应堆中子注量率在活性区内达到1012～1014 cm-2·s-1，少数高通量堆可达1015 cm-2·s-1以上。(https://www.daowen.com)
放射性中子源是利用放射性核素衰变时放出的射线，去轰击某些轻靶核发生（α，n）和（γ，n）反应而放出中子的装置。现在，人们也可直接利用超钚原子核自发裂变中放出的中子作为自发裂变中子源。
常用的（α，n）反应中子源是将锕系重核210 Po、226 Ra、239 Pu或241 Am等α发射体粉末均匀、紧密地与Be粉相混合并压紧后密封在金属容器内制成的，通过放热核反应
产生中子。几种（α，n）中子源如表1.7所示。
表1.7 几种（α，n）中子源
目前，常用的自发裂变中子源是252 Cf，其半衰期为2.64年，中子产额为2.31×1012 s-1·g-1。
中子根据其动能不同，也就是其温度不同，可以进行分类，如表1.8所示。
表1.8 中子温度分类
中子核反应包括中子弹性散射（n，n）、中子非弹性散射（n，n′）、中子辐射俘获（n，γ）、裂变等。中子的反应总截面等于各种反应截面之和。
不管是裂变还是其他核反应产生的中子，其能量大都是几兆电子伏特的快中子。但在有些实际应用中，如热中子反应堆生产放射性同位素等工作中，常要能量为e V数量级的慢中子。将能量高的快中子变成能量低的慢中子的过程，称为中子的慢化或中子的减速。
为对中子进行有效的慢化，通常选用散射截面大而吸收截面小的轻元素作为慢化剂，如氢、重氢和石墨等。氢和重氢没有激发态，中子和它们作用，损失能量的主要机制是弹性散射。对石墨来说，最低激发态的激发能是4.44 Me V，因此当中子的能量低于反应阈能4.8 Me V时，石墨也只发生弹性散射。