CHAPTER 1-2-核物理基础-截面与反应率
核反应堆物理基础PPT
1、辐射俘获（n,γ）
堆内重要的俘获反应有：
238 92
U n
1 0
239 92
U
239 92
U
23分
1 0
_
239 93
NP
2.3天
233 90
239 94
Pu
232 90
233 90
Th n
Th
Th
22分
233 91
Pa
R nv
可以有不同核反应率 吸收核反应率
Ra nv a
裂变核反应率 R f nv f
对多核素物质，核反应率为
R nv 1 nv 2 nv i
i 1 m
R nv
2、中子通量密度(中子注量率)
定义:
φ=nv
（中子/厘米2 .秒）
在反应堆内，某点的中子通量密度等于该点的中子 密度与该点中子速率的乘积，它表示单位体积内所 有的中子在一秒钟内穿行距离的总和。中子通量密 度是核反应堆物理中一个重要的参数，它的大小反 映出堆芯内核反应率的大小，因此也反映出堆的功 率水平。在热中子动力堆内，热中子通量密度的量 级一般约为1013至1014中子/厘米2· 。 秒 采用中子通量密度，核反应率 可以写成
应的一种，用符号A(a,f)表示，中子诱发裂变为最重
要的一种诱发裂变。裂变过程除了放出2-3个中子外，
还释放出约210MeV的能量。
一些核，如铀-233、铀-235、钚-239和钚-241
等在各种能量中子作用下都能发生诱发裂变，而且
在低能中子作用下更容易发生裂变，称这些核为易 裂变核，在自然界中唯一存在的易裂变核只有铀235；核素钍-232、铀-238和钚-240等只有在能量高
核反应堆物理分析修订版(课后习题答案)
由于外推距离很小可以忽略，可以只考虑堆体积内的吸收反应率： Ra
a
( x , y , z ) dxdydz
2a
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0 .274 3 10 17 ( 1 .55 10 s
19 1
)3
(
a a ) 2 2
3-9，解：根据课本中（3-23）式和（3-24）式得：
第一章 核反应堆的核物理基础
1-2，解： 235U 单位体积内的原子核数：
N 235U 19.05 106 6.02 1028 4.88 1028 m 3 ， a, 235U 680.9 10 28 m 2 235
通过以上方法求，也可以查附录 3 得：
H 2 O 单位体积内的分子数： N H 2O 3.34 10 28 m 3 ， a, H 2O 0.664 10 28 m 2 ；
当 A>10 时
( A 1) 2 A 1 )， ln =1+ ln ( 1 A 1 2A
2
。
2 A 3
所以 H =1+
( A 1) 2 A 1 ) 1， ln ( 2A A 1
2 2 A 3
=0.12。
H O =
2
2 H H O O 0.57。 2 H O
293 （ TM 为介质的温度 570 K ） 6.1m 1 ， TM
计算此反应堆的慢化能力：
S N H O ( S ) H O N Al ( S ) Al N
2 2
235
U
( S )U 1.16m 1
课本中（2-79）中子温度： Tn TM (1 C
第1章-核物理基础知识
份额 94.6% 5.4% 0.0051% 710-4
22
γ衰变（跃迁）
量子力学指出，原子核可能具有的能量是不 连续的。 当放射性衰变中所形成的子核处在一种所谓 的激发态，即其内能高于该核的正常态(基 态)时，就会产生γ射线。过剩的能量几乎立 刻以γ辐射的形式被释放。γ射线也伴随其他 生成激发态核过程出现。 随便说一下，X射线是原子核外面的电子从 高能级向低能级跃迁时发出的。
239Pu
2.44x104a
34
放射性活度
放射性同位素样品在单位时间内衰变的次数， 即为该同位素样品的活度。
单位：贝可勒尔，简称贝可（Bq） (1居里)1Ci=3.7x1010/s=3.7x1010Bq 因此，半衰期也可以定义为某同位素活度（A） 降为一半所需要的时间。 稳定的核素在中子的照射下转化为放射性核素 称为中子的活化。可用于测量中子通量密度， 物质的反应截面，生产有用的核素和活化分析
12
丰度
某一同位素在其所属的天然元素中所占 的原子百分比。 氢有三种同位素：1H，2H(D)和3H(T)。 而3H(T)在自然界中不存在。 氧有八种同位素，其中在自然界常见的 只有16O、17O和18O是稳定的，相应的份 额分别为99.756%、0.039%和.205%。 另外五种同位素不稳定。
135 53
135 54
135 55
26
1.2.3 衰变规律
单位时间内衰变的次数 dN (t ) N (t ) dt
N (t )
N0
dN dN N dt dt N 0 N0 0
N (t ) N0
第一章：核反应堆物理分析讲解
2.010 1
9.810 3
3.110 1
1.610 2
6.210 1 7.610 1
3.110 2 3.810 2
9.810 1
4.910 2
2.2
0.11
3.4
0.17
3.9
0.20
4.4
0.22
20
0.98
3.710 2
18
3.110 3
1.610 2
核反应堆是一种能以可控方式产生自持链式裂变 反应的装置。
它由核燃料、冷却剂、慢化剂、结构材料和吸收 剂等材料组成。
链式核反应（nuclear chain reaction）：核反 应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能链式 地进行的核反应。根据一次反应所直接引起的反应次 数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为次临界的、 临界的或超临界的三种。
9.810 4 1.410 5
4.910 3 6.910 3
1.2中子与原子核相互作用的机理
中子与原子核的相互作用过程有三种：势散射、直接 相互作用和复合核的形成。
在反应堆内，中子与原子核的相互作用可分为两大 类：
2.1 中子的吸收
通常不稳定， β衰变
共振吸收
逃脱共 振吸收？ U-238对超热中子的强烈吸收
（新鲜靶）：
1.51011 n/s
这在中子应用中已经算是高产额了。
回旋加速器的限制
能量： 102 MeV 级
束流： mA 级 1μA 1.6 1012 p/s
反应
T(d,n) (0.2 MeV)
W(e,n) (35 MeV)
9Be(d,n) (15 MeV)
核反应堆的核物理基础
返回第一章核反应堆的核物理基础 (1)§1.1 基本概念 (1)§1.2 中子与原子核相互作用强度的量度 (7)§1.3 核裂变过程 (10)§1.4 热中子能谱与热中子平均截面 (14)§1.5 链式裂变反应 (16)第二章单速中子扩散理论第一章核反应堆的核物理基础§1.1基本概念1. 反应堆（reactor , nuclear reactor）能维持可控自持（续）核裂变链式反应的装置。
链式核反应（nuclear chain reaction）：核反应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能链式地进行的核反应。
根据一次反应所直接引起的反应次数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为次临界的、临界的或超临界的三种。
2. 反应堆物理（reactor physics）研究反应堆内中子行为的科学。
有时称neutronics。
或：研究、设计反应堆使得裂变反应所产生的中子与俘获反应及泄露所损失的中子相平衡。
中子行为扩散慢化中子与物质的相互作用核中子相互作用3. 原子核的特性(1)组成：玻尔模型。
Z ：质子数 N ：中子数 A ：核子数 A=N+Z 符号：X AZ 同位素（Z 同，A 不同），化学性质相同，物理性质不同。
×=×=−−kgM kg M n P 2727106749543.1106726485.1质子(proton)：稳定（T=×=−0)(106021892.119n p e C e 库仑1/2=1030 y ）自由中子(free neutron)：不稳定（T 1/2=10.6 min ）→质子+电子+反中微子(anti neutrino) 原子质量单位（atom mass unit ）:一个12C 中性原子处于基态的静止质量的1/12。
Mevkg amu 5.931106605655.1127=×=−在堆物理中不考虑自由中子的不稳定性。
核物理基础1
原子反应堆
回旋加速器 ( Cyclotron )
发生器 (母牛)
放射性核素显像的特点
➢ 放射性药物的聚集取决于所观察部位的血流、细胞功 能、细胞的数量、代谢和排泄引流的情况。不仅反应 形态变化，更重要的是提供了脏器或器官的血流、功 能、代谢和受体等方面的信息，所以有分子核医学之 称。有助于疾病的早期诊断。
放射性药物的特点
1．具有放射性
放射性药物具有放射性，因而它具有特定的核 物理如物理半衰期，核放射化学如放射化学纯 度等特征。
2．载体量少
被标记的载体如化学物质、药物、抗体等量少, 但决定了该放射性药物的生理、化学特性。
放射性核素的生产方式
医用放射性核素都是通过人工核反应来制 备的简单化合物，通常由 ①反应堆 (Reactor) ：131I ，99 Mo ②加速器 (Accelerator)： 201Tl ③从裂变产物中提取和放射性核素发生器 (Generator)淋洗: 99mTc ,188Re 三种途径生产。
诊断用放射性药物具备的条件
理想的生物学特性
➢定位性能 ➢生物半排期
γ光子（100-300kev），穿透力强，容易 被仪器在体外探测到；γ光子电力密度低， 对机体电离辐射小 99mTc：140kev，T1/26.02h
诊断用放射性药物具备的条件
理想的核物理性能
➢ 射线的种类：具有穿透力 γ射线 ➢ γ射线能量：100~300keV为宜 ➢ 物理半衰期：几个小时为宜 ➢ 易于标记和获得
衰变规律
➢ 放射性活度以单位时间内的核衰变数来表示 (A)。
➢ 单位：贝可勒尔( Becquerel, Bq )，1Bq表示 放射性核素在1秒内发生一次核衰变。 原有单位为居里(Ci)，1Ci=3.7×1010Bq KBq MBq mCi uCi
华北电力大学 核反应堆物理分析 第1章-核反应堆的核物理基础
2
16
放射性活度
• 某放射性样品，其在单位时间内发生的 衰变次数，称为该样品的的活度。
活度 ＝ N
• 活度的单位：贝可，居里
１贝可＝１次衰变/秒 １居里＝3.7 10
10
贝可
17
例子：
• 人体中大约含有0.2 % 的钾，钾－４０在天 然钾中的丰度为0.0117 %, 其半衰期为 12.77亿年。求体重７５公斤的人体内的放 射性活度。
25
• 中子分类（按能量）：
• 快中子(fast neutron)：E > 0.1 MeV • 超热中子(epithermal neutron)：1 eV < E < 0.1 MeV • 热中子(thermal neutron)：E < 1eV
(屏蔽、剂量学上的能量分界与上有所差别)
26
1.1.2 中子与原子核相互作用机理
裂变放出的中子寿命约10-4~10-3s<<10.6 24 min,所以在反应堆物理中不考虑中子的衰变
中子波粒二象性：粒子性和波动性
• 约化波长：
4.551012 m E
• E=1MeV/0.01eV, 约化波长为 ?/?
• 氢原子直径：~10-10m
在反应堆物理中将中子作为一个粒子来描述
n X ( n X ( n X ( n X (
A Z
X) n （ X） 非弹性散射
A Z *
X) X) X)
*
A＋1 Z A1 Z1
X ＋
A2 Z2
辐射俘获
1 0
X ＋ X ＋（2 3）n 裂变 X 11H X He
4 2
1 * n ZA X ( A X ) Z A1 Z
《核反应堆物理分析》公式整理
第1章—核反应堆物理分析中子按能量分为三类: 快中子(E ﹥0、1 MeV),中能中子(1eV ﹤E ﹤0、1 MeV),热中子(E ﹤1eV)、共振弹性散射 A Z X + 01n → [A+1Z X]* → A Z X + 01n 势散射 A Z X + 01n → A Z X + 01n辐射俘获就是最常见的吸收反应、反应式为 A Z X + 01n → [A+1Z X]* → A+1Z X + γ235U裂变反应的反应式 23592U + 01n → [23692U]* → A1Z1X + A2Z2X +ν01n微观截面 ΔI=-σIN Δx /I I IIN x N xσ-∆-∆==∆∆ 宏观截面 Σ= σN 单位体积内的原子核数 0N N Aρ=中子穿过x 长的路程未发生核反应,而在x 与 x+dx 之间发生首次核反应的概率P(x)dx= e -Σx Σdx核反应率定义为 R nv =∑ 单位就是 中子∕m 3⋅s 中子通量密度nv ϕ=总的中子通量密度Φ 0()()()n E v E dE E dE ϕ∞∞Φ==⎰⎰平均宏观截面或平均截面为 ()()()EEE E dERE dEϕϕ∆∆∑∑==Φ⎰⎰辐射俘获截面与裂变截面之比称为俘获--裂变之比用α表示 fγσασ=有效裂变中子数 1f f a f γνσνσνησσσα===++ 有效增殖因数 eff k =+系统内中子的产生率系统内中子的总消失（吸收泄漏）率四因子公式 s deff n pf k k nεη∞ΛΛ==Λ k pf εη∞=中子的不泄露概率 Λ=+系统内中子的吸收率系统内中子的吸收率系统内中子的泄露率热中子利用系数 f =燃料吸收的热中子被吸收的热中子总数第2章-中子慢化与慢化能谱211A A α-⎛⎫= ⎪+⎝⎭在L 系中,散射中子能量分布函数 []'1(1)(1)cos 2c E E ααθ=++- 能量分布函数与散射角分布函数一一对应 (')'()c cf E E dE f d θθ→=在C 系内碰撞后中子散射角在θc 附近d θc 内的概率:2d 2(sin )sin d ()42c c r rd f d r θπθθθθθθπ===对应圆环面积球面积能量均布定律 ()(1)dE f E E dE Eα'''→=--平均对数能降 2(1)11ln 1ln 121A A A A αξαα-+⎛⎫=+=- ⎪--⎝⎭当A>10时可采用以下近似 223A ξ≈+L 系内的平均散射角余弦0μ001223c c d Aπμθθ==⎰慢化剂的慢化能力 ξ∑s 慢化比 ξ∑s /∑a 由E 0慢化到E th 所需的慢化时间t S()thE s s E E dE t v E λλξ⎤=-=-⎰热中子平均寿命为 00()11()()a d a a E t E vE v v λ===∑∑(吸收截面满足1/v 律的介质)中子的平均寿命 s d l t t =+ 慢化密度 0(,)(,)()(,)s EEq r E dE r E f E E r E dE ϕ∞''''=∑→⎰⎰(,)(,)(,)(,)(,)(1)(1)EE Eas s EE E r E r E dE E E q r E dE r E r E dE E Eααϕαϕαα''''∑-''''==∑''--⎰⎰⎰ 稳态无限介质内的中子慢化方程为 ()()()()()()Et s E E E E f E E dE S E ϕϕ∞''''∑=∑→+⎰无吸收单核素无限介质情况 ()()()()(1)Es t EE E E E dE Eαϕϕα''∑'∑='-⎰无限介质弱吸收情况dE 内被吸收的中子数 ()()()a dq q E q E dE E dE ϕ=--=∑0()exp()E a Es dE q E S E ξ'∑=-'∑⎰逃脱共振俘获概率00()()()exp()E aE s E q E dE p E S E ξ'∑==-'∑⎰第j 个共振峰的有效共振积分 ,*() ()jj AE I E E dE γσφ≡⎰逃脱共振俘获概率i p 等于 1exp A iA i i s s N I N p I ξξ⎡⎤=-=-⎢⎥∑∑⎣⎦整个共振区的有效共振积分 ()()i a EiI I E E dE σϕ∆==∑⎰热中子能谱具有麦克斯韦谱的分布形式 /1/23/22()()n E kT n N E e E kT ππ-=中子温度 ()(1)a M n M SkT T T Cξ∑=+∑ 核反应率守恒原则,热中子平均截面为 0()()()()()()ccc c E E E E E N E vdEE N E EdEN E vdEN E EdEσσσ==⎰⎰⎰⎰若吸收截面a 服从“1/v”律()(0.0253)0.0253a a E E σσ=若吸收截面不服从“1/v ”变化,须引入一个修正因子n g(0.0253)2931.128a a n ng T σσ=第3章-中子扩散理论菲克定律 J D φ=-∇ 3sD λ=01s tr λλμ=- 023Aμ= 001()46z s J z ϕϕ-∂=+∑∂ 001()46z s J z ϕϕ∂=∑∂＋－ 01()3z z z s J J J zφ+-∂=-=-∑∂ 33ssx y z J J i J j J k grad λλφφ=++=-=-∇中子数守恒(中子数平衡)(,)(S)(L)(A)V dn r t dV dt=--⎰产生率泄漏率吸收率 中子连续方程 (,)(,)(,)(,)a n r t S r t r t divJ r t tϕ∂=-∑-∂如果斐克定律成立,得单能中子扩散方程 21(,)(,)(,)(,)a r t S r t D r t r t v tϕϕϕ∂=+∇-∑∂设中子通量密度不随时间变化,得稳态单能中子扩散方程 2()()()0a D r r S r ϕϕ∇-∑+=直线外推距离 trd 0.7104l = 扩散长度 220011363(1)3(1)a tr a s a a s D L r λλλλμμ=====∑-∑∑-慢化长度L1 2221111112110100ln 3th a tr E D D L L E ϕϕϕϕξ∇-∑=∇-=→==∑∑∑ L 21 称为中子年龄,用τth 表示, 即为慢化长度。
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总数。在靶后某一距离处放一中子探测器（见图）。如果未放 靶时测得的中子束强度是I，放靶后测得的中子束强度是I’ ，那 么I’- I =ΔI 就等于强度为I的中子束中与靶的全部原子核发生作 用的中子数。ΔI / I 就是一个中子与靶的全部原子核发生作用 的几率。
N水 = 0.6022＊1024＊1/(16+2)=3.346＊1022个水分
子/cm3 一立方厘米水中有：3.346＊ 1022个氧原子
6.692＊ 1022个氢原子
2. 同位素，放射性，衰变，半衰期
同位素：质子数相同而中子数不同的原子称为同位素。 同位素有相同的化学性质，不同的核性质。 通常写成：
T = ln2 /
平均寿命
表示每个原子核衰变前存在时间的平均值。平均寿命为
衰变常量的倒数，是半衰期的 1.44 倍；经过时间 后，剩
下的原子核数约为原来的 37％。
核物理基础
一些放射性同位素的半衰期
母同位素
碳-14 铀-235 铀-238 碘-131
子同位素 半衰期（年） 衰变类型
氮-14 铅-207 铅-206 氙-131
核反应率
反应率： 单位时间、单位体积内发生某种核反 应的次数，是反应堆工程中最关心的量。
R ＝ N σ n v (cm-3 sec-1)
令 ∑＝N σ，则 R ＝∑ n v ＝n v /∑-1 ＝n v/λ N：物质原子核密度，cm-3 n：中子密度，cm-3 v：中子飞行速度，cm/sec σ：微观截面， [σ] ＝ [R N-1n-1v-1] = [cm2] ∑：宏观截面，[∑] ＝ [cm-3 cm2] = [ cm-1 ] λ=∑-1：平均自由程，[λ]＝[ cm ]
根据定义，Σ表示中子在物质中每穿行一厘米与原子核发生 相互作用的几率。因此中子在介质中运动时，与原子核连续两次 相互作用之间穿过的平均距离应当等于Σ的倒数，称为平均自由 程，用λ表示，有
λ= 1 / Σ
散射平均自由程： s 1 s
吸收平均自由程： a 1 a
总自由程： t 1 t
111
t s a
1巴恩 = 10-24 cm2
一立方厘米物质中全部原子核的微观截面之和称为宏观截面， 用Σ表示：
Σ = N *σ
N为核密度。Σ的单位是cm-1 ，表示中子在物质中每穿行一厘米 与原子核发生核反应的几率。
微观截面
Microscopic cross section
R
I
NA
# cm2s
cm2
# cm2
则总的中子通量密度为：
n(E)v(E)dE
(E)dE
0
0
当中子密度n或中子通量密度φ为能量E的函数 时，某个能量区间ΔE 内的核反应率可以表示为：
R (E)n(E)v(E)dE E (E)(E)dE E
为了处理方便，我们引入某个能量区间的平均截面
的概念。用 来表示。同时要求平均截面与总中
等于单位体积内所有中子在单位时间内运动距离的总和， 因此也称为可以表示为：
R
即中子与介质原子核相互作用的反应率等于宏观 截面与中子注量率的乘积。
φ表示单位体积内所有中子在1秒钟内穿行距离的和。
其大小反映出堆芯内核反应率的大小，因此也反映出堆 的功率水平的大小。
N dI / I
dx
宏观截面
Macroscopic cross section
宏观截面与中子速度的乘 积为碰撞密度
每种类型的微观截面都 有相应的宏观截面
混合物宏观截面的计算
vt
cm s
cm1
s1
a N a , s N s
t a s
t
N
x
x t
N
y
y t
N
z
z t
宏观截面的计算
对于化合物：
Ni
i N0
Ai
i 为i元素在混合物
中的重量百分比
Ni
i
N 0
M
i 为每个分子中含i
种元素的原子数目
习题
UO2的密度为10.42×103kg/m3，235U的富集度 ε=3%，已知在0.0253eV时，235U的微观吸收截 面为680.9b，238U为2.7b，O为2.7×10-4b。求UO2 的宏观吸收截面。
s
# cm2
每种类型的核反应都有相应的截面，用不同的下标表示。
Scattering s e in
Absorption a γ f
Total
t s a
微观截面工程中常用的单位：靶恩 (barn) ，1靶=10-24cm2
宏观截面
Macroscopic cross section
1原子质量单位（amu）= 1.66 x 10-24 克
核（分子）密度 ––– 单位体积的核子（分子）数 N = Na ＊ρ/A，
Na = 0.6022＊1024是阿伏伽德罗常数（ A克该物质的 核子（分子）数），ρ为该物质的密度（克/立方厘米 ），A为该物质的原子量（分子量）。 例：水的分子密度，一氧化二氢
235×c5/(235×c5+238×(1-c5))= ε
可以求得c5=0.030371
MUO2=235c5+238×(1-c5)+2×15.999=269.907
NUO2=2.325×1028m-3
N5=c5×NUO2 =0.0706×1028 m-3
N8=(1- c5)×NUO2=2.254×1028 m-3
上面讨论的是理想情况。实际的实验表明：在靶面积不变的情 况下，ΔI 正比于中子束强度 I，靶厚度Δx 和靶的核密度 N ， 即
I NIx
I I / I
NxI Nx
因此，σ代表了每个靶核分摊到的一个中子与靶的全部原
子核发生反应的几率，有面积的量纲，称为一个原子核的核反 应微观截面。σ表征了一个中子和一个原子核发生核反应的概 率大小，也可以看成是原子核与中子发生核反应的有效面积。 单位是巴恩：
放射性活(强)度常用单位： 居里 (Ci)；国际单位：贝克勒 (Bq) 1 Bq = 1 次核衰变／秒 1 Ci = 3.7×1010 Bq
衰变
原子核衰变是指原子核自发地放射出粒子而发生的转变。 发射α（） 射线的元素（母元素）发生α（）衰变，变成另 外一种元素（子元素）。母元素的数量（或者母元素的放射性 活度）减少一半所需要的时间称为半衰期。
NO=4.65×1028 m-3
Σa,UO2=54.16 m-1 =0.5416
cm-1 a,UO2
i
Ni i
积分 I NI x 式并注意到 Σ = N *σ，得：
I (x) I0et x
表示中子束强度在物质中按指数规律衰减。式中Σt表示总截面， 即散射截面和吸收截面之和： Σt = Σs + Σa
核物理基础
基本粒子
反应堆物理中碰到的基本粒子有：
电子（ β粒子，Electron），电荷 = -1, 质量 = 0.000549 amu
质子（Proton），电荷 = +1, 质量 = 1.007277 amu 中子（Neutron），电荷 = 0, 质量 = 1.008665 amu α粒子，电荷 = +2, 质量 ≌ 4.02 amu，氦原子核 γ粒子，电荷 = 0, 质量 ≌ 0，γ光子[波长短于0.2埃
(10-10米)的电磁辐射] 在微观物理中，通常用电子伏特（eV）做能量单位，表示 一个电子在 一伏特电压驱动下获得的动能。 1电子伏（eV）= 1.602 x 10-19 焦耳 1原子质量单位（amu）= 1.66 x 10-24 克
原子核结构，原子量，核密度
原子核（Nucleus） = 质子(Proton) + 中子 (Neutron) 原子(Atom) = 原子核(Nucleus) + 电子壳层 (Electron) 原子量 = 质子数 + 中子数， 原子序数 Z = 质子数
R称为核反应率。对应于不同的反应，定义了不同 的核反应率。如吸收反应率、裂变反应率等。 对于由多种元素组成的均匀混合的物质，反应率 应为中子与各种元素核相互作用的反应率之和， 即：
R nv1 nv2 ...
m
nv i i 1
中子注量率（通量密度）Neutron flux
nv cm/cm3 s
A Z
X
U-238
U 238
92
238U
铀-238
核物理基础
放射性
受到激发的原子核，或原子序数大于82的重核会辐射各 种射线，称为放射性。放射性元素辐射的射线主要有三种： α射线（氦原子）、射线（电子）和γ射线（波长短于0.2 埃的电磁波）。
α射线可以用一张纸挡住，射线可以用一张铝箔挡住， γ射线有非常强的穿透力，要用铅或混凝土才能屏蔽。
中子与原子核的核反应分为弹性散射（中子损失能 量），非弹性散射，吸收（包括γ辐射俘获，带电粒 子辐射俘获和裂变）。
复合核的形成是最重要的中子与原子核的相互作用 形式。在这个过程中，入射中子被靶核吸收形成一个 新核―复合核。经过一个短时间，复合核衰变或分解 放出一个粒子（或一个光子），并留下一个余核或反 冲核。当入射中子的能量具有某些特定值恰好使形成 的复合核激发态接近于一个量子能级时，那么形成复 合核的几率就显著地增大。这种现象就叫做共振现象 （包括共振吸收，共振散射和共振裂变等）。共振吸 收对反应堆的物理过程有着很大的影响。
子通量密度的乘积等于总的反应率R，即：
R (E)(E)dE E
截面随中子能量的变化
中子能量分区： 低能区(1/v区)： E<1eV 中能区(共振区)： 1eV<E<103 eV 高能区(快中子区)：E> 103 eV