中子与物质的相互作用

中子和 X 射线、γ射线一样，都不带电。但是，它与物质相互作用，既和带电粒子不同，又和 X 射线、γ射线不同，它总是与组成物质的原子核发生作用。中子与物质的相互作用主要有以下三种形式。

散射

中子是不带电的，因此很容易穿过原子的核外电子层而直接与原子核发生碰撞。在碰撞的过程中，中子失去了一部分能量，并偏离了原来的入射方向，折一个角度继续运动，也就是说中子发生了散射，成为散射中子。受碰撞的原子核，因为获得了中子的一部分能量而向另一个方向运动，这就是说原子核发生了反冲，成为反冲核。

中子的散射也有弹性散射与非弹性散射之分。如果碰撞前后中子和原子核的总动能和总动量都保持不变，这种散射就是弹性散射。另外一种情况就是，在中子与原子核碰撞后，使原子核处于激发状态，而激发状态的原子核是不稳定的，当它从激发态回到基态时会放出γ光子，因此碰撞前后中子和原子核的总动能不相等（碰撞前的大于碰撞后的），这种碰撞就叫做非弹性散射。

辐射俘获

有时中子打到某种原子的原子核时会被原子核俘获，同时发出一个γ光子，原来的原子变成了另一种同位素。这种反应称为辐射俘获，又叫做（n， γ）反应，意思是入射一个中子，放出一个γ光子。人们常常利用（n，γ） 反应来生产放射性同位素，例如前面提到的 60Co 就是利用中子去轰击 59Co 稳定同位素的辐射俘获效应，使 59Co 俘获一个中子变成放射性同位素 59Co， 同时发出一个γ光子。这个反应可以写成 59Co（n，γ）60Co，或写成：

59Co+n→60Co+γ

核裂变

用中子轰击某些高原子序数的重原子核时，会使重原子核分裂成 2 个较轻的原子核，同时释放出大量的能量，这种反应就是核裂变。一个 235U 在中子的轰击下，分裂成 2 种不同元素的原子核，放出 2～3 个中子和大约 200MeV 的能量。这是我们已经介绍过的一个典型的核裂变的例子，是迄今人类利用原子能的主要形式。计算结果表明，1 千克的 235U 核裂变时所发出的能量等于 2500 吨煤燃烧所释放的能量。