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核反應堆中的隱秘武器：為何10B是最重要的中子吸收劑？
中子捕獲是一種核反應過程，其中原子核與一個或多個中子碰撞並合併，形成一個更重的核。與帶正電的質子不同，中子不帶電，所以能輕易地進入原子核，這使得中子捕獲在重元素的形成上扮演了重要角色。尤其在恆星中，中子捕獲可以以快速的方式（r-process）或緩慢的方式（s-process）進行。對於質量大於56的原子核，無法通過放熱的熱核反應（例如核融合）來形成，但可以透過中子捕獲實現。
中子捕獲在恆星內部的過程中，能快速將質量增加，卻不改變元素的性質。
在小中子流下，例如在核反應堆中，單個中子可以被一個核捕獲。例如，當自然金（197Au）被中子轟擊時，會形成激發狀態的同位素198Au，然後迅速通過發射伽瑪射線（γ）衰變回198Au的基態。這一過程使質量數增加1，可以用簡化的公式表示為197Au + n → 198Au + γ。使用熱中子的過程稱為熱捕獲，該同位素198Au是一個β發射體，最終會衰變為汞的同位素198Hg，並且原子數增加1。
當中子流非常高時（例如在恆星內），r-process進入畫面，因為中子流的密度高到原子核來不及在中子捕獲之間進行β衰變。這樣，質量數增加得很快，而原子的數目（即元素）則保持不變。當不再可以進一步捕獲中子時，這些極不穩定的核將通過多次β−衰變轉變為更重元素的β穩定同位素。
中子吸收截面是衡量核素被中子捕獲機率的一個重要指標，它通常以barn為單位。吸收截面的大小常與中子能量有著密切關係。
中子捕獲的熱力學意義不容忽視，因為它涉及到化學元素同位素的形成過程。中子捕獲的能量會影響同位素的標準生成焓，這對於核反應堆的設計和運行是關鍵的因素。
在技術應用方面，中子激活分析技術可以用來遠程檢測材料的化學成分，因為不同的元素在吸收中子時會釋放不同的特徵輻射。這使得中子激活分析在礦產勘探和安保領域的應用非常廣泛。
10B被認為是在核反應堆中最重要的中子吸收劑，它常用作硼化物的控制棒，或作為壓水反應器冷卻劑中的硼酸添加劑。
工程上，最重要的中子吸收劑是10B，常用於核反應堆的控制棒或作為壓水反應器中的硼酸冷卻劑。除了10B，還有其他的中子吸收劑包括氙、鎘、鉿、鈧、鈷、釔、釹、鈾等，所有這些元素都以不同的同位素混合存在於自然界中。在這些中子吸收劑中，hafnium能夠有效吸收中子，並可用於反應堆控制棒，但其與鋯共存於相同的礦石中，兩者的化學性質相似，但核性質卻大相逕庭。鍶吸收中子的能力是鋯的600倍，因此被廣泛應用於核反應堆內部部件，尤其是燃料棒的金屬包殼。要使這些元素各自發揮作用，需要從其自然混合中分離鋯和鉿，這可以透過離子交換樹脂經濟有效地實現。
面對不斷發展的核能技術，我們應該思考：在確保安全的同時，如何最大程度利用中子捕獲的潛力來推動核能的應用呢？
