ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน
| วิทยาศาสตร์กับนิวตรอน |
|---|
 |
| รากฐาน |
| การกระเจิงนิวตรอน |
| การประยุกต์ใช้งานอื่น |
| โครงสร้างพื้นฐาน |
| ห้องปฏิบัติการด้านนิวตรอน |
ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน (อังกฤษ: neutron temperature) หรือ พลังงานนิวตรอน (อังกฤษ: neutron energy) จะแสดง พลังงานจลน์ ของ นิวตรอนอิสระ มีหน่วยเป็น อิเล็กตรอนโวลท์ คำว่า "อุณหภูมิ" ถูกใช้เพราะนิวตรอนร้อน(อังกฤษ: hot neutron), นิวตรอนความร้อน (อังกฤษ: thermal neutron) และนิวตรอนเย็น (อังกฤษ: cold neutron) ถูก หน่วง ในตัวกลางหนึ่งที่มีอุณหภูมิระดับหนึ่ง จากนั้นการกระจายพลังงานของนิวตรอนจะถูกปรับให้เป็นไปตาม การกระจายตัวแบบแมกซ์เวลล์-โบลส์แมนน์ หรือ Maxwellian distribution ที่เรียกว่าการเคลื่อนที่เชิงความร้อน (อังกฤษ: thermal motion) ในเชิงปริมาณ อุณหภูมิยิ่งสูง พลังงานจลน์ของนิวตรอนอิสระก็ยิ่งมาก พลังงานจลน์, ความเร็ว และ ความยาวคลื่นของนิวตรอน มีความสัมพันธ์ที่เป็นไปตาม ความสัมพันธ์ของเดอเบรย (อังกฤษ: De Broglie relation)
ช่วงการกระจายพลังงานของนิวตรอน
[แก้]| พลังงานนิวตรอน | ช่วงพลังงาน |
|---|---|
| 0.0–0.025 eV | นิวตรอนเย็น |
| 0.025 eV | นิวตรอนความร้อน |
| 0.025–0.4 eV | นิวตรอนเอพิเทอร์มัล |
| 0.4–0.6 eV | นิวตรอนแคดเมียม |
| 0.6–1 eV | นิวตรอนเอพิแคดเมียม |
| 1–10 eV | นิวตรอนช้า |
| 10–300 eV | นิวตรอนเรโซแนนซ์ |
| 300 eV–1 MeV | นิวตรอนกลาง |
| 1–20 MeV | นิวตรอนเร็ว |
| > 20 MeV | นิวตรอนเร็วยิ่งยวด |
แต่ในแหล่งข้อมูลอื่น อาจมีช่วงอุณหภูมิและชื่อนิวตรอนที่แตกต่างไป เช่น
นิวตรอนเอพิความร้อนมีพลังงานระะหว่าง 1 eV ถึง 10 keV แต่มีภาคตัดขวางนิวเคลียสเล็กกว่านิวตรอนความร้อน[2]
ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดของคุณสมบัติ:
นิวตรอนความร้อน
[แก้]- Thermal neutron ("Thermal" ไม่ได้หมายถึงอุณหภูมิที่ร้อน (hot) ในความหมายทั่วไป แต่หมายถึงการสมดุลของอุณหภูมิที่มีกับตัวกลางที่มันมีปฏิสัมพันธ์ด้วย เช่นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์, ตัวหน่วงปฏิกิริยาและโครงสร้าง ซึ่งมีพลังงานต่ำกว่านิวตรอนเร็วที่เกิดในตอนต้นจากปฏิกิริยาฟิชชั่นมาก) เป็นนิวตรอนอิสระที่มีพลังงานจลน์ประมาณ 0.025 eV (ประมาณ 4.0×10−21 J หรือ 2.4 MJ/kg, นั่นคือความเร็วจะเป็น 2.2 km/s), ซึ่งเป็นพลังงานที่สอดคล้องกับความเร็วที่เป็นไปได้ที่สุดที่อุณหภูมิ 290 K (17 °C or 62 °F), ซึ่งเป็นโหมดของ การกระจายแบบแมกซเวลล์–โบลซ์แมนน์ สำหรับระดับอุณหภูมินี้
หลังจากการชนกันหลายครั้งกับนิวเคลียสต่าง ๆ (การกระเจิง) ในตัวกลางหนึ่ง (ตัวหน่วงนิวตรอน) ที่ระดับอุณหภูมินี้. นิวตรอนจะอยู่ที่ระดับอุณหภูมิประมาณนี้ ถ้าพวกมันไม่ถูกดูดซับไปซะก่อน
นิวตรอนความร้อนทั้งหลายสำหรับนิวไคลด์ชนิดเดียวกันจะมีภาคตัดขวางในการดูดซับนิวตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพที่แตกต่างกันและมักจะมีขนาดที่ใหญ่กว่านิวตรอนเร็วมาก เพราะฉะนั้นพวกมันจึงมักจะสามารถถูกดูดซับได้ง่ายกว่าโดยนิวเคลียส ผลก็คือทำให้เกิดไอโซโทปที่หนักกว่าและมักจะไม่เสถียรของสารเคมี (การกระตุ้นนิวตรอน)
นิวตรอนเอพิเทอร์มัล
[แก้]- Epithermal neutron เป็นนิวตรอนที่มีพลังงานมากกว่านิวตรอนความร้อน
- มากกว่า 0.2 eV
นิวตรอนแคดเมียม
[แก้]- Cadmium neutron เป็นนิวตรอนซึ่งจะถูกแคดเมียมดูดซึมอย่างมาก
- น้อยกว่า 0.4 eV
นิวตรอนเอพิแคดเมียม
[แก้]- Epicadmium neutron เป็นนิวตรอนที่แคดเมียมไม่ได้ดูดซึมอย่างมาก
- มากกว่า 0.6 eV
นิวตรอนช้า
[แก้]- Slow neutron เป็นนิวตรอนที่มีพลังงานสูงกว่านิวตรอนเอพิแคดเมียมเล็กน้อย
- น้อยกว่า 1-10 eV
นิวตรอนเรโซแนนซ์
[แก้]- Resonance neutron หมายถึงนิวตรอนที่มีความอ่อนไหวอย่างยิ่งและถูกจับยึดแบบไม่ใช่ฟิชชันโดย U-238
- 1 eV ถึง 300 eV
นิวตรอนกลาง
[แก้]- Intermediate neutron เป็นนิวตรอนที่อยู่ระหว่างช้ากับเร็ว
- ไม่กี่ร้อย eV จนถึง 0.5 MeV
นิวตรอนเร็ว
[แก้]- Fast neutron เป็นนิวตรอนอิสระที่มีระดับพลังงานจลน์ใกล้กับ 1 MeV (100 TJ/กก.) จึงมีความเร็วที่ 14,000 กม/s หรือสูงกว่า พวกมันถูกตั้งชื่อว่านิวตรอน เร็ว เพื่อให้พวกมันแตกต่างจากนิวตรอนความร้อนที่มีพลังงานต่ำกว่า และนิวตรอนพลังงานสูงที่ผลิตขึ้นในห้องรังสีคอสมิกหรือเครื่องเร่งอนุภาค
นิวตรอนเร็วจะถูกผลิตขึ้นโดยกระบวนการนิวเคลียร์ต่อไปนี้:
- นิวเคลียร์ฟิชชัน จะผลิตนิวตรอนที่มีพลังงานเฉลี่ย 2 MeV (200 TJ/กก. หรือ 20,000 กิโลเมตร/วินาที) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นนิวตรอน "เร็ว" อย่างไรก็ตามช่วงของนิวตรอนจากฟิชชันตาม การกระจายแบบแมกซ์เวลล์-โบลซ์แมนน์ จาก 0 ถึงประมาณ 14 MeV ใน ศูนย์กลางของกรอบโมเมนตัม ของการสลายตัวและ โหมด ของพลังงานเป็นเพียง 0.75 MeV เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของนิวตรอนจากฟิชชันมีคุณสมบัติเป็นนิวตรอน "เร็ว" แม้ว่าโดยเกณฑ์ 1 MeV ก็ตาม[3]
- นิวเคลียร์ฟิวชัน: ดิวเทอเรียม- ทริเทียม ฟิวชั่นจะผลิตนิวตรอน 14.1 MeV (1400 TJ/กก หรือ 52,000 กม/s, 17.3% ของ ความเร็วของแสง) ที่สามารถแบ่งเซลล์ ยูเรเนียม 238 และ แอกทิไนด์อื่นที่ไม่ใช่วัสดุฟิสไซล์ได้อย่างง่ายดาย
นิวตรอนเร็วสามารถทำให้เป็นนิวตรอนความร้อนได้โดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหน่วง กระบวนการนี้ถูกกระทำโดย ตัวหน่วงนิวตรอน ในเครื่องปฏิกรณ์โดยทั่วไป น้ำหนัก, น้ำเบา หรือ แกรไฟต์ จะถูกใช้ในการหน่วงนิวตรอน
นิวตรอนเร็วยิ่งยวด
[แก้]- Ultrafast neutron เป็นไปตามทฤษฎีสัมพันธภาพ
- มากกว่า 20 MeV
การจำแนกประเภทอื่น ๆ
[แก้]- กอง (อังกฤษ
- pile)
- นิวตรอนของทุกพลังงานที่มีอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
- 0.001 eV ถึง 15 MeV
นิวตรอนเย็นยิ่งยวด
[แก้]
นิวตรอนเย็นยิ่งยวด (อังกฤษ: ultracold neutron (UCN)) เป็นนิวตรอนอิสระที่สามารถถูกเก็บไว้ในกับดักที่ทำจากวัสดุบางชนิด[ระบุ]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Carron, N.J. (2007). An Introduction to the Passage of Energetic Particles Through Matter. p. 308.
- ↑ H. Tomita, C. Shoda, J. Kawarabayashi, T. Matsumoto, J. Hori, S. Uno, M. Shoji, T. Uchida, N. Fukumotoa and T. Iguchia-"Development of epithermal neutron camera based on resonance-energy-filtered imaging with GEM" (2012)
- ↑ Byrne, J. Neutrons, Nuclei, and Matter, Dover Publications, Mineola, New York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (pbk.) p. 259.
แหล่งข้อมูลอื่น
[แก้]- Language of the Nucleus เก็บถาวร 2020-02-25 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน