【化】 macroscopic cross-section
【電】 macroscopic
section
【化】 cross profile; cross section
在核物理學和核工程領域，"宏觀截面"（Macroscopic Cross Section）是一個核心概念，用于描述粒子（如中子）與單位體積内靶物質發生特定類型相互作用的概率。其詳細解釋如下：
宏觀截面（符號常表示為 $Sigma$）定義為： $$Sigma = n cdot sigma$$ 其中：
物理意義：$Sigma$ 的數值越大，表明粒子在單位路徑長度内與靶物質發生相互作用的概率越高。其單位為 $text{cm}^{-1}$。
宏觀截面直接關聯粒子在介質中的平均自由程（$lambda$）： $$lambda = frac{1}{Sigma}$$ 即粒子在兩次相互作用之間穿行的平均距離為 $lambda$。例如，中子在水中的宏觀吸收截面越大，其被吸收前運動的距離越短。
中子輸運計算
在核反應堆設計中，宏觀截面用于計算中子通量衰減率。例如，中子穿過屏蔽材料時，其通量 $phi(x)$ 滿足： $$phi(x) = phi_0 e^{-Sigma x}$$ 其中 $Sigma$ 為總宏觀截面。
反應率計算
中子引發核裂變的反應率 $R$ 由下式給出： $$R = Sigma_f cdot phi$$ $Sigma_f$ 為宏觀裂變截面，$phi$ 為中子通量。
| 參數 | 微觀截面（$sigma$） | 宏觀截面（$Sigma$） |
|---|---|---|
| 物理意義 | 單個原子核與粒子作用的概率 | 單位體積内所有原子核與粒子作用的概率 |
| 量綱 | 面積（$text{cm}$） | 長度的倒數（$text{cm}^{-1}$） |
| 依賴因素 | 核性質、入射粒子能量 | 核密度 + 微觀截面 |
中文核學會術語定義
中國核學會《核科學技術術語》将宏觀截面定義為"單位路徑長度内中子與介質原子核發生相互作用的概率" 。
（來源：中國核學會）
國際原子能機構（IAEA）文件
IAEA《核反應堆物理基礎》指出宏觀截面是反應堆物理計算的核心參數，直接決定中子能譜分布 。
經典教材
J.R. Lamarsh《核反應堆分析》詳細推導了宏觀截面與中子通量衰減的數學關系 。
（來源：Lamarsh, J.R., Introduction to Nuclear Reactor Theory）
實驗測量方法
美國阿貢國家實驗室通過中子透射實驗測定宏觀截面，技術報告見其官網 。
宏觀截面的實際計算需考慮中子能量依賴性和介質成分。例如，在鈾-235燃料中，$Sigma_f$ 隨中子能量降低而增大，這一特性是熱中子堆設計的基礎。
宏觀截面是核物理中描述中子與物質相互作用的重要參數，其定義和特性可總結如下：
宏觀截面（Σ）表示一個中子在介質中行進單位距離時，與單位體積内所有原子核發生核反應的平均概率。其計算公式為： $$ Σ = Nσ $$ 其中：
宏觀截面與以下因素相關：
若某材料單位體積含10²²個核，單個核的微觀截面為10⁻²⁴ cm²，則宏觀截面為： $$ Σ = 10^{22} times 10^{-24} = 0.01 , text{cm}^{-1} $$ 表示中子每移動1厘米，有1%的概率發生反應。
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