原子核反应堆

除了加速器以外，原子核反应堆也是人们制造出来的一种能够产生射线的机器。

自从 1932 年恰德维克发现了中子以后，科学家们立即意识到他们已经掌握了一把打开原子核神秘宫殿大门的钥匙。因为中子不带电，比较容易打入原子核内部，引起核反应。1938 年德国物理学家 O.哈恩和 F.斯特拉斯曼用中子轰击 235U 时，发现 235U 裂变为两片，实现了核裂变，同时释放出大量的能量。一个 235U 核裂变的过程中，还会同时释放出 2～3 个中子。这 2～3 个中子又可以去轰击 2～3 个 235U 引起核裂变，同时又产生出更多的中子⋯⋯，这样反复进行下去，可以在瞬间使许多 235U 发生裂变，释放出惊人的能量和大量的中子和其它射线。这种反应就是所谓的链式反应。图 3.7 是链式核裂变的示意图。

核裂变的发现引起了很大的轰动，并很快将它推向应用。核裂变的应用朝着两个方向发展：一个是用于研制原子弹，这是利用不加控制的链式反应的原理制成的；另一个就是美国科学家研究出了控制连锁反应速度的办法，研制成世界上第一个原子核反应堆。原子核反应堆释放出的大量热能可用于发电，原子核反应堆是原子能发电站的核心部分。原子核反应堆发出大量的中子和其它射线，因此它同时又是一种强大无比的射线源。

原子核反应堆工作时产生了大量的中子、γ射线、β射线、放射性裂变产物，而且许多物质在反应堆中受到中子的照射也会引起核反应，变成能发出各种射线的放射性物质。因此，利用反应堆作为射线源的途径是多种多样的，既可以直接利用反应堆本身作为射线源，也可以间接地利用反应堆产生的各种放射性同位素物质作为射线源。

直接利用反应堆作为射线源一般有两种办法：

在反应堆中心（活性区）的水平方向或垂直方向开设一些引出射线的孔道，在孔道处直接利用反应堆内的射线。这样引出来的射线强度很高，但是射线种类复杂，能量分散。
第二种方法是在第一种方法的基础上加屏蔽物对孔道引出的射线进行过滤。如果设法将中子屏蔽掉，只让γ射线通过，这样就可以得到单一的 γ射线。如果设法将γ射线屏蔽掉而只让中子通过，就可以得到单一的中子射线。

间接利用反应堆作为射线源也有两种办法：

利用反应堆的中子与一些稳定同位素发生核反应生成放射性同位素，然后再加工成同位素放射源加以利用，例如我们常见的 60Coγ射线源（简称钴源）就是由 59Co 稳定同位素在反应堆内经中子辐照后生成的。
在反应堆上建造一条辐照回路（俗称跑兔装置）。图 3.8 是辐照回路的示意图。选择某些热中子俘获截面大和可以生成半衰期较短的放射性同位素的物质，让它可以在反应堆活性区与辐照室之间循环流动。当它停留在活性区时就转化为放射性同位素；停留在辐照室时，放射性同位素蜕变，发出大量γ射线。这样不断地反复循环流动，不断地被活化，又不断地放出γ 射线，不断地为我们提供取之不尽的γ射线源。用这种办法得到的射线源比较单纯，而且利用射线是在辐照室内进行的，不像在反应堆内那样受到很多限制。