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技術文章

中子的溫度

2016/10/20 14:26:32

熱中子
熱中子是符合麥克斯韋－玻耳茲曼分布并且其最可幾動能約為kT = 0.0253 電子伏特 (4.0×10−21 焦耳)的自由中子，對應這一動能的速率約為2.2千米/秒。這個速度也是對應于290K（攝氏17度）時麥克斯韋-玻爾茲曼分布下的最可幾速率。常溫下中子與介質的原子核發生若干次碰撞后，如果沒有被俘獲就會達到這個速率。熱中子通常有比快中子大得多的有效中子俘獲截面，也因此會更容易被原子核吸收，形成更重的、通常也不穩定的同位素。這個現像也被稱為中子活化。一些裂變反應堆借助于減速劑實現對快中子的減速，也稱為“熱中子化”。在快中子增殖堆中，快中子被直接利用，沒有減速的步驟。
冷中子
把熱中子冷卻到極低溫度即得到冷中子，比如液氫或液氘。這樣的冷中子源一般放置在研究反應堆或散裂中子源的減速劑里。冷中子源對于中子散射試驗非常重要。冷中子的能量約5x10−5電子伏特至 0.025電子伏特之間。
核聚變反應速率同溫度一起急劇上升，達到峰值，然后漸漸回落。同其它有希望用于發電的核聚變反應相比，氘−氚（DT）反應速率在較低溫度（70 千電子伏特， 約8億K）達到峰值，而且高于另外的反應。
超冷中子
冷中子通過與溫度只有幾K的物質（比如固體氘或者超流體液氦）發生非彈性散射后可以得到超冷中子。其能量小于3x10−7電子伏特。
快中子
快中子是在核裂變反應中產生的自由中子，其動能可以達到1 兆電子伏特 (1.6×10−13 焦耳，對應的速度約為14000千米/秒，相當于光速的5%。它們被稱作快中子，以區別于熱中子和宇宙射線或者加速器中產生的高能中
快中子
快中子
子。核反應中產生的中子符合麥克斯韋－玻耳茲曼分布，其能量在0到~14兆電子伏特之間。鈾−235產生的中子平均能量為2兆電子伏特，且超過一半的中子不是快中子。因此僅僅靠鈾−235裂變產生的中子無法引發增殖性材料（比如鈾−238和釷−232）的裂變。
輕水堆中的嬗變流程。
快中子可以通過減速變成熱中子。在核反應堆中，通常使用輕水、重水、或石墨來使中子減速。
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