文章与笔记/核素与现象

中子温度

  • 中子
  • 热中子
  • 快中子
  • 麦克斯韦分布
本页目录 3 节
  1. 中子能量分布区间
  2. 快中子
  3. 热中子
    为了方便查阅,我单独开了个Other页面

    中子温度,亦称中子能量指的是自由中子的动能,单位通常是电子伏特。由于中子经过不同温度的减速剂会有不同的速度分布,
    一般可以使用温度来衡量中子的动能。中子的能量分布基本上符合热运动的麦克斯韦-玻尔兹曼分布。定性的来说,温度越高,自
    由中子的动能也越高。中子的动能、速度和波长之间满足物质波的德布罗意公式。

    中子能量分布区间

    • 快中子能量高于1电子伏特、0.1百万电子伏特或者接近1百万电子伏特,有不同的定义。通常指1–20 MeV的中子
    • 慢中子能量小于等于0.4电子伏特。
    • 超热中子能量在1电子伏特至10电子伏特之间。
    • 高热中子能量约0.2电子伏特。
    • 热中子能量约0.025电子伏特。
    • 冷中子能量约5x10−5电子伏特至 0.025电子伏特。
    • 甚冷中子能量约3x10−7电子伏特至 5x10−5电子伏特。
    • 极冷中子能量小于3x10−7电子伏特。
    • 连续区间中子能量从0.01百万电子伏特至25百万电子伏特。
    • 共振区间中子能量从1电子伏特至0.01百万电子伏特。
    • 低能区间中子能量低于1电子伏特。

    快中子

    此处介绍的快中子的动能接近1 MeV(100TJ/kg),速度接近14000千米/秒。将它们命名为快中子可以将其区别于于低能的热中子、以及通常在宇宙射线或者加速器中产生的高能中子。快中子通常有由核反应例如核裂变产生。

    核聚变反应中产生的中子通常的能量都远大于1 MeV,例如,氘氚核聚变的中子能量达到14.1 MeV(1400 TJ/kg,速度约52000千米/秒,达到了光速的17.3%)。这样高能量的中子可以很容易使得铀-238与其他超铀元素发生裂变。

    快中子可以通过中子慢化过程转变为热中子。中子慢化主要依靠减速剂。在核反应堆中,通常使用重水、轻水、或石墨来使中子减速。

    热中子

    热中子是动能约为0.025电子伏特(大约4.0×10−21 焦,2.4MJ/kg,速度约2.2千米/秒)的自由中子。这个速度也是对应于290K(摄氏17度)时麦克斯韦-玻尔兹曼分布下的最可能速度。

    最可能能量和最可能速度对应的能量、平均能量是不同的。最可能能量是最可能速度对应的能量的一半,而平均能量比最可能速度对应的能量大50%。

    在中子与常温下减速介质的原子核发生若干次碰撞后,如果中子还没有被俘获,它们就会达到这个能量。热中子通常有比快中子大得多的有效中子俘获截面,也因此会更容易被原子核吸收,形成更重的、通常也不稳定的同位素。这个现象也被称为中子活化。

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