中子源是什么？中子源是什么元素

中子源是什么，是中国科学院国家授时中央的核心试验装置，也是我国目前唯一一个获得国家重大科技基础设施建设想划支持的国家重大科技基础设施。它它不仅可以提供精确的工夫服务，还可以为全球提供高精度的定位服务。这个项目的建成，将使我国成为世界上少数几个拥有自主知识产权的全球导航卫星系统之一。

一：中子源是什么意思

中子源对堆功率及反应自由中子是不稳定的，它可以衰变为质子放出电子和反电中微子，平均寿命只有15分钟，无法长期储存，需要由恰当的产生办法源源供给

二：散裂中子源是什么

中子源是能释放出中子的装置。中子源有许多种，从手持放射性源到中子研究设施的研究堆和裂变源。根据中子的能量、中子通量、装备的大小、花费和政府的管制，这些装置在物理、工程、医药、核武器、石油勘探、生物、化学、核动力和其他工业中有着广泛的用途。散裂中子源是目前世界上研究物质微观结构最重要的科学设施之一。它能产生比核反应堆强10～100倍的有效中子束流，将其射入被研究的样品，就可以测定物质的内部结构，研究物理、化学性质和变化规律。据我的理解，实际上它是中子束流产源。

三：中子源是什么元素

生命的起源是很多基础的分子在高能量反应下的产物，分子由各种元素组成。元素的生成可由核反应达成，如氢可以变成氘再变成氦3，不同的元素可以从不同的起始物以及不同类型的核反应生成。不过，最早的元素又是从何而来呢？假如恒星只能将元素融合到铁，那么铁以外的元素怎么来的？

元素的起源

物质的变化自古以来就吸引着人们的目光，在元素概念尚未启蒙的年代，人们看到物质型态的改变获得启发，并尝试着将常见的物质转变成贵金属或丹药等等，那时称为炼金术。后续原子说与元素周期表等概念被提出以后，化学这门学科徐徐的从炼金术中独立了出来；而不同元素间的转变则要始终等到20世纪，人们有能力开始执行核反应后才得以完成。核反应分成核融合与核裂变，尽管两者人类都已经做到了，但目前只有核裂变能稳定地运用在核电厂、核动力潜艇／动力装备及医疗用途等等。

元素起点：大爆炸

现在把目光转向宇宙，星体间进行核聚变的历史已超过了100亿年，几乎等于宇宙的历史，而这一切都得从宇宙的起源大爆炸说起。在大爆炸发生的瞬间，极高的能量密度让宇宙飞快膨胀，在这个过程中产生了物质及反物质，不过，此时元素的基本单位原子尚未形成。经过几分钟，基本粒子（夸克、胶子等）生成后才有了质子（电离的氢原子）和中子，然后是约占25%的氦及一点点氘，外加很微量的锂。

大爆炸核合成持续十几分钟后，由于密度及温度的升高，宇宙无法进行更高阶的核反应。而且这一等就是1亿年左右，直到第一代的恒星形成…..…！

最初的反应：质子一质子链

在漫长的等候中，虽然物质组成单调，但它们并没有闲着。弥漫于虚空中的部分氢和氦元素受引力吸引逐渐聚集成云团，并收缩成星体。在收缩的过程中，引力势能一部分以辐射形式散失掉，另一部份转为热能让星体的温度大幅上升。最先被点燃的是氢，此时氢在先前的升温中已被电离成质子，接着经过一系列核融合反应形成氘、氦-3与氦-4，然后，在反应温度充足高的状况下，氦-3和氦-4进一步透过融合反应形成少量的锂-7及非稳定的铍-7、铍-8和硼-8，最后裂变为氦-4，绝大部分稳定的锂、铍和硼元素，最主要是碳-12被带有高能质子的宇宙射线撞击生成。这一系列反应由于最早由质子启动，因此称为「质子一质子链反应」。

由于氦的每个核子平均结合能为7.07百万电子伏特（MeV），所以质子一质子链透过将氢融合成氦-4的净反应会产生大量的能量；除了能启动更多核融合反应，也是让大部分恒星持续发光的主要原因。

核融合形成更重的元素

除了上述的质子一质子链反应，宇宙中大部份的恒星因为内部含有上代恒星所产生的其他较重元素，例如碳、氧和氮等，可以透过多个复杂的质子捕获过程，最后吐出一个氦-4变回原状，而放出能量。由于反应中，碳、氧和氮就犹如催化剂重复参与反应，因此称为碳氧氮循环。当中除了将氢变成氦的净反应可以产生大量的能量，也会产生如氟等其他少量元素。

在氦元素形成后，因为氢燃料的耗尽，恒星经过一段收缩及升温过程而启动氦融合反应，尽管2个氢-4融合成不稳定的铍-8，但仍有肯定的机率在铍-8衰变之前多捕获几个氦-4形成碳-12，并进一步形成氧-16以至氖-20，即氦融合反应。

至此，元素周期表的前两列已大致上构筑完毕。而太阳天天在做的事便是以上提到的氢融合形成氦-4的反应序列，并且预期会在未来有氦融合反应的产生，而其他反应只有更大的恒星才有机会进行。首先是「碳融合」、「氖融合」、「氖钠循环」及「镁铝循环」产生钠、镁及铝，接着是「氧融合」产生的硅、磷和硫，最后是一系列硅与α射线（即氦原子核）的「硅融合」和几个循环产生原子。

核融合的极限

前面提到的融合大多是放热反应，不过需要相称高的温度才能启动，以致每个阶段在发动前都会有一阵「前一阶段末期的无力感」，并发生引力塌陷，假如势能释放出的能量充足大便能爆炸，并启动下一阶段的核融合。而以释放的能量比起来，从氢融合成氦是能释放最多能量的核融合反应，后续元素彼此的核子平均结合能大多只是小幅提升，尤其乃-20之后的元素到结合能最高的铁-56，其最高到最低差距不到1 MeV。

由于铁的核子平均结合能最高，所以再往上进行核融合会变成吸热而非放热反应。因此，当大质量恒星（约大于10倍太阳质量）中央的核融合反应停止后，这时因为恒星产生的能量不足以支撑自身的引力，会再度引起引力塌陷，进而发生恒星塌缩型超新星爆炸。超新星爆炸除了能将前面产生的一部份元素们释放至宇宙中，也会在爆炸本身过程中，经由爆炸导致的极高温度，透过爆炸核融合反应产生各种包含铬、铁、镍和锌等其他少量更重的元素。这种类型的超新星爆炸和另一类热核爆炸型超新星，也就是1A型超新星及其他各种类型的超新星，一起扮演着将各类星体制造出来元素释放到星际介质中，孕育出下一代恒星的角色。

另外，也许大家会注重到前面提到的元素质量数都是4的倍数，这是因为氦以上的元素都以氦原子核作为原料。假如看见宇宙里丰度最高的元素前十名：氢-1（70.6%）、氦-4（27.5%）、氧-16（0.96%）、碳-12（0.30%）、氖-20（0.15%）、铁-56（0.12%）、氮-14（0.11%）、硅-28（0.065%）、镁-24（0.051%）、硫-32（0.040%）就会发现几乎都是质量数为4倍数的元素！

虽然短短几百字就讲完核融合的常见反应，但实际上每一个阶段之间的进程极为缓慢，光是最早要点燃氢就得花上数十万年，进入氦为主的燃烧阶段最快也要数百至数千万年，烧得没这么猛烈的恒星可能拖更久。以太阳为例，虽然已经发光发热46亿年，但氢仍然占据将近3/4的质量，氦约1/4，天然也无法进行后续的反应。

铁以后的中子捕获

至于铁之后的元素，虽然没方法透过核融合产生，但它们与自由中子碰撞时，仍有机会捕获并产生更高质量数的原子，假如原子本身在吸收中子之后还算稳定的话（也就是衰变的倾向不高）就能继承捕获中子，等到开始不稳定，再透过β衰变让原子序数加1。这种程序在一般的恒星中，只要有重元素和中子源就有机会发生。这时的中子可由氖-22或碳-13经氦核撞击产生镁-25或氧-16的过程中产生，但发生的速率很慢。这是福勒（William Fowler）、伯比奇夫妇（Margaret Burbidge and Geoffrey Burbidge）及霍伊尔（Fred Hoyle）于1957年发表，称为慢中子捕获过程的核合成反应。此过程可以产生最重元素是不稳定的铋—210和钋一210及稳定的铋- 209和铅-206。

与慢中子捕获过程相对应的，就是快中子捕获过程，是中子捕获的速率远大于重元素β衰变的速率，因此需要在中子密度较高的环境中才能发生。在一般的恒星的生命周期内，并没有方法产生高密度的中子环境。然而，天文学家发现若是能将中子星内中子密度极高的一小部份，以某种形式抛出，就有机会达到快中子过程的需要条件。中子星是在超新星爆炸后，引力塌陷的能量把电子都压进质子后产生的超高密度中子集合体，其密度与核子差不多，等于把一个太阳质量的物质，压缩到直径是几十公里大小的球体！

科学家发现，若是中子星与黑洞或另一中子星处于一个双星系统，在数百万年内，因为引力辐射导致两个星体愈来愈近，接近合并时，由于中子星或黑洞表面强盛的潮汐力及合并的撞击力，导致中子星的一部份会被撕裂，并以大约1/10光速被抛出，这时中子星内含原子就有机会在短工夫内与大量中子进行快速反应。快过程能让元素在衰变前吸收更多的中子，产生更重的原子核，最重以至有可能形成原子序高达100，质量数高达300的元素。虽然快中子捕获过程发生的条件比较难达成。但生存中常见的贵金属如金、银、铂，及较出名的放射性物质如镭、钍、铀都只能透过此过程产生！

找不到的元素，就做出来吧！

介绍到这里，已经把天然界的元素说完了。不过，元素周期表上仍有很多空洞，有些元素没有稳定态，就算能在早期的天文环境中被创造出来，也没方法长期存活到现在。然而，在宇宙的一个小角落行星上，人类虽然才刚在漫长的宇宙历史中登场几十万年，却已经发现了原子内的秘密。科学家们依据已知的原子理论在天然界中寻觅极少量的重元素，但至今找到的元素并不能填满元素周期表，于是科学家便大胆假设这些元素可以利用现有技术进行合成。

最初在天然界中被发现的合成元素是锝。早在元素周期表发明时，门捷列夫就已猜测锝的存在。不过因为没有稳定的同位素，地球上锝存量十分少。1936年，锝在用于回旋加速器中的废弃箔上被发现；而锝在天然界存在的证据，始终到1952年才在红巨星的光谱被观测到，并在1962年从矿中被分离出来。

锝是第五周期元素，所以相对轻易猜测。至于比天然界最重的锎249还重的元素，是在首次氢弹试爆的放射性落尘中发现的锿（Es）和镄（Fm），原子弹和氢弹的爆炸都会牵涉到大量的中子生成，当中的重元素也有机会在爆炸时的一片混沌中进行快中子捕获过程，在这场爆炸中，一部份的铀238在短工夫内捕获15个中子，并β衰变6~7次产生了锎253和锿253；另一部份的铀238则吸收17个中子，经过7~8次β衰变形成锿255和镄255。

人造元素通常都有相对短的半衰期（几秒到几百天），加上技术限制，所以人们对它们的熟悉并不多。其产量之低，从锝的几十吨到锿的几十克，第118号元素“气奥”（Og）的产量以至以「个」为单位计算。21世纪后，第113、115~118号元素先后被发现，终于填满了元素周期表的第七周期。至于未来是否会发现更重的元素，科学家们仍有许多的想像，也许某天漫威英雄漫画中的传说元素「涅槃钢（Vibranium）」真有机会诞生在这个世界上！

四：中子源是什么样子

常用的两类中子源是连续中子源和化学中子源

中子测井是把装有中子源和探测器的下井仪器放入井内，由于中子源发射的快中子按球状向外迁移，在穿过井孔介质进入岩层的过程中，高能量中子与物质的原子核相互作用而减速，扩散和被吸收其能量不断损失或减弱。采用两个不同源距探测器来测量热中子计数率的比值，以反映地层中的中子密度随源距衰减的速率。将探测结果通过电缆输送到地面仪器，经过计算处理记录曲线。