中子的屏蔽常使用鉛、石蠟及鎘等物質或金屬，其較合適作為中子的屏蔽設計的排列順序為何？①石蠟 ②鉛 ③鎘

本題觀念：

中子屏蔽（Neutron shielding）的設計與一般游離輻射（如 X 射線或加馬射線）不同。由於中子不帶電荷，無法透過與核外電子的庫侖力作用來直接衰減，必須藉由與原子核的碰撞（彈性碰撞與非彈性碰撞）以及核反應（如中子捕獲）來進行屏蔽。一個完整且安全的中子屏蔽設計，必須依序解決三個核心問題：(1) 將快中子減速（緩和）、(2) 吸收慢化後的熱中子、(3) 阻擋因中子被吸收而產生的捕獲加馬射線（Capture gamma rays）。

選項分析

中子屏蔽的材料排列必須依照中子與物質作用的物理機制，由內（靠近輻射源）到外排列如下：

1. 第一層 - 石蠟 (①)：

   • 功能：緩和劑（Moderator），用來將快中子減速。
   • 原理：中子與質量相近的輕原子核（如氫）發生「彈性碰撞」時，能量轉移最有效率。石蠟（Paraffin）富含大量的氫原子，因此是非常優良的中子減速材料。此步驟會將高能量的快中子減速為熱中子（Thermal neutrons）。

2. 第二層 - 鎘 (③)：

   • 功能：吸收劑（Absorber），用來捕獲熱中子。
   • 原理：快中子被減速成熱中子後，其與物質發生核反應的機率（吸收截面積）大幅增加。鎘（Cadmium）或硼（Boron）具有極高的「熱中子吸收截面

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