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技术文章

中子的温度

2016/10/20 14:26:16

热中子
热中子是符合麦克斯韦-玻耳兹曼分布并且其最可几动能约为kT = 0.0253 电子伏特 (4.0×10−21 焦耳)的自由中子,对应这一动能的速率约为2.2千米/秒。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几速率。常温下中子与介质的原子核发生若干次碰撞后,如果没有被俘获就会达到这个速率。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。这个现像也被称为中子活化。一些裂变反应堆借助于减速剂实现对快中子的减速,也称为“热中子化”。在快中子增殖堆中,快中子被直接利用,没有减速的步骤。
冷中子
把热中子冷却到极低温度即得到冷中子,比如液氢或液氘。这样的冷中子源一般放置在研究反应堆或散裂中子源的减速剂里。冷中子源对于中子散射试验非常重要。冷中子的能量约5x10−5电子伏特至 0.025电子伏特之间。
核聚变反应速率同温度一起急剧上升,达到峰值,然后渐渐回落。同其它有希望用于发电的核聚变反应相比,氘−氚(DT)反应速率在较低温度(70 千电子伏特, 约8亿K)达到峰值,而且高于另外的反应。
超冷中子
冷中子通过与温度只有几K的物质(比如固体氘或者超流体液氦)发生非弹性散射后可以得到超冷中子。其能量小于3x10−7电子伏特。
快中子
快中子是在核裂变反应中产生的自由中子,其动能可以达到1 兆电子伏特 (1.6×10−13 焦耳,对应的速度约为14000千米/秒,相当于光速的5%。它们被称作快中子,以区别于热中子和宇宙射线或者加速器中产生的高能中
快中子
快中子
子。核反应中产生的中子符合麦克斯韦-玻耳兹曼分布,其能量在0到~14兆电子伏特之间。铀−235产生的中子平均能量为2兆电子伏特,且超过一半的中子不是快中子。因此仅仅靠铀−235裂变产生的中子无法引发增殖性材料(比如铀−238和钍−232)的裂变。
轻水堆中的嬗变流程。
快中子可以通过减速变成热中子。在核反应堆中,通常使用轻水、重水、或石墨来使中子减速。
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