Suhu neutron

Suhu pengesanan neutron (Jawi: ‏سوهو ڤڠسنن نيوترون‎code: ms is deprecated ‎), juga dipanggil tenaga neutron (Jawi: ‏تناݢ نيوترون‎code: ms is deprecated ‎), menunjukkan tenaga kinetik neutron bebas, biasanya diberikan dalam elektronvolt. Istilah suhu digunakan, kerana neutron yang panas, berhaba dan sejuk disederhanakan dalam medium dengan suhu tertentu. Taburan tenaga neutron kemudiannya disesuaikan dengan taburan Maxwell yang dikenali untuk gerakan terma atau haba. Secara kualitatif, semakin tinggi suhu, semakin tinggi tenaga kinetik neutron bebas itu. Momentum dan panjang gelombang neutron dikaitkan melalui hubungan de Broglie. Kepanjangan panjang gelombang neutron perlahan membolehkan keratan rentas yang besar.^[1]

Julat pengagihan tenaga neutron

Nama julat tenaga neutron^[2]^[3]

Tenaga neutron	Julat tenaga
0.0 – 0.025 eV	Neutron sejuk (perlahan).
0.025 eV	Neutron berhaba/terma (pada 20°C)
0.025–0.4 eV	Neutron epiterma
0.4–0.5 eV	Neutron kadmium
0.5–10 eV	Neutron epikadmium
10–300 eV	Neutron resonans
300 eV–1 MeV	Neutron perantaraan
1–20 MeV	Neutron pantas
> 20 MeV	Neutron ultrapantas

Tetapi julat yang berbeza dengan nama yang berbeza diperhatikan dalam sumber lain.

Berikut adalah pengelasan terperinci:

Terma

Neutron terma atau berhaba ialah neutron bebas dengan tenaga kinetik kira-kira 0.025 eV (kira-kira 4.0×10 ⁻²¹ J atau 2.4 MJ/kg, oleh itu kelajuannya 2.19 km/s), iaitu tenaga yang sepadan dengan kelajuan paling berkemungkinan pada suhu 290 K (17 °C atau 62 °F), mod taburan Maxwell–Boltzmann untuk suhu ini, E_puncak = kT.

Selepas beberapa perlanggaran dengan nukleus (penyerakan) dalam medium (moderator neutron) pada suhu ini, neutron yang tidak diserap akan mencapai tahap tenaga ini.

Neutron terma mempunyai keratan rentas serapan neutron berkesan yang berbeza dan kadang kala lebih besar untuk nuklid tertentu berbanding neutron cepat, oleh itu selalunya boleh diserap dengan lebih mudah oleh nukleus atom, menghasilkan isotop unsur kimia yang lebih berat tetapi selalunya tidak stabil. Peristiwa ini dipanggil pengaktifan neutron.

Epiterma

• Neutron tenaga lebih besar daripada haba
• Lebih daripada 0.025 eV

Kadmium

• Neutron yang sangat kuat diserap oleh kadmium
• Kurang daripada 0.5 eV.

Epicadmium

• Neutron yang tidak diserap dengan kuat oleh kadmium
• Lebih daripada 0.5 eV.

Neutron sejuk (perlahan).

• Neutron tenaga yang lebih rendah (jauh lebih rendah) daripada neutron haba.
• Kurang daripada 5 meV.

Neutron sejuk (perlahan) disubkelaskan kepada neutron sejuk (CN), sangat sejuk (VCN), dan ultra-sejuk (UCN), masing-masing mempunyai ciri-ciri tertentu dari segi interaksi optiknya dengan jirim. Apabila panjang gelombang dibuat (dipilih untuk menjadi) lebih panjang, nilai pertukaran momentum yang lebih rendah boleh diakses. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengkaji skala yang lebih besar dan dinamik yang lebih perlahan. Graviti juga memainkan peranan yang sangat penting dalam kes UCN. Walau bagaimanapun, UCN mencerminkan pada semua sudut kejadian. Ini kerana momentum mereka adalah setanding dengan potensi optik bahan. Kesan ini digunakan untuk menyimpannya dalam botol dan mengkaji sifat asasnya^[4][5] cth tempoh hayat, momen dipol elektrik neutron dsb... Had utama penggunaan neutron perlahan ialah fluks yang rendah dan kekurangan peranti optik yang cekap (dalam kes CN dan VCN). Komponen optik neutron yang cekap sedang dibangunkan dan dioptimumkan untuk memperbaiki kekurangan ini.^[6]

Resonans

• Merujuk kepada neutron yang sangat terdedah kepada penangkapan bukan pembelahan oleh U-238 .
• 1 eV hingga 300 eV

Pertengahan

• Neutron yang berada di antara lambat dan cepat
• Beberapa ratus eV hingga 0.5 MeV.

Pantas

Neutron pantas ialah neutron bebas dengan tahap tenaga kinetik hampir 1 M eV (100 TJ/kg), maka kelajuannya 14,000 km/s atau lebih tinggi. Mereka dinamakan neutron pantas untuk membezakannya daripada neutron haba tenaga rendah, dan neutron bertenaga tinggi yang dihasilkan dalam pancuran atau pemecut kosmik.

Neutron pantas dihasilkan oleh proses nuklear:

• Pembelahan nuklear: pembelahan haba ²³⁵U menghasilkan neutron dengan tenaga min 2 MeV (200 TJ/kg, iaitu 20,000 km/s),^[7] yang layak sebagai "pantas". Walau bagaimanapun, spektrum tenaga neutron ini lebih kurang mengikut taburan Watt yang condong ke kanan bagi ${\displaystyle N(E)\propto \exp(-aE)\sinh({\sqrt {bE}})}$,^[8][9] dengan julat 0 hingga kira-kira 17 MeV,^[7] median 1.6 MeV,^[10] dan mod 0.75 MeV.^[7] Sebilangan besar pembelahan neutron tidak layak sebagai "pantas" walaupun dengan 1 kriteria MeV.
• Pembelahan spontan ialah cara pereputan radioaktif untuk beberapa nuklid berat. Contohnya termasuk plutonium-240 dan californium-252 .
• Pelaburan nuklear : deuterium – pelakuran tritium menghasilkan neutron sebanyak 14.1 MeV (1400 TJ/kg, iaitu 52,000 km/s, 17.3% daripada kelajuan cahaya) yang boleh membelah uranium-238 dan aktinida bukan fisil lain dengan mudah.
• Pelepasan neutron berlaku dalam situasi apabila nukleus mengandungi lebihan neutron yang mencukupi sehingga tenaga pemisahan satu atau lebih neutron menjadi negatif (iaitu lebihan neutron "menitis" keluar dari nukleus). Nukleus yang tidak stabil seperti ini selalunya akan mereput dalam masa kurang daripada satu saat.

Neutron pantas biasanya tidak diingini dalam reaktor nuklear keadaan mantap kerana kebanyakan bahan api fisil mempunyai kadar tindak balas yang lebih tinggi dengan neutron terma. Neutron pantas boleh ditukar dengan pantas menjadi neutron terma melalui proses yang dipanggil penyederhanaan. Ini dilakukan melalui banyak perlanggaran dengan zarah yang bergerak lebih perlahan (secara amnya) dan dengan itu bersuhu lebih rendah seperti nukleus atom dan neutron lain. Perlanggaran ini biasanya akan mempercepatkan zarah lain dan memperlahankan neutron dan menyerakkannya. Sebaik-baiknya, moderator neutron suhu bilik digunakan untuk proses ini. Dalam reaktor, air berat, air ringan, atau grafit biasanya digunakan untuk menyederhanakan neutron.

Carta yang memaparkan fungsi ketumpatan kebarangkalian kelajuan bagi kelajuan beberapa gas mulia pada suhu 298.15 K (25 C). Penjelasan label paksi menegak muncul pada halaman imej (klik untuk melihat). Taburan kelajuan yang sama diperoleh untuk neutron apabila disederhanakan.

Sangat pantas

• Relativistik
• Lebih daripada 20 MeV

Lihat juga

• Pengerasan penyerapan
• Senarai zarah
• Pengesanan neutron
• Sumber neutron
• Tindak balas nuklear
• Pengkilau

Rujukan

1. de Broglie, Louis. "On the Theory of Quanta" (PDF). aflb.ensmp.fr. Dicapai pada 2 February 2019.
2. Carron, N.J. (2007). An Introduction to the Passage of Energetic Particles Through Matter. m/s. 308. Bibcode:2007ipep.book.....C.
3. "Neutron Energy". www.nuclear-power.net. Dicapai pada 27 January 2019.
4. "Introduction", Ultracold Neutrons, WORLD SCIENTIFIC: 1–9, 2019-09-23, doi:10.1142/9789811212710_0001, ISBN 978-981-12-1270-3, dicapai pada 2022-11-11
5. Jenke, Tobias; Bosina, Joachim; Micko, Jakob; Pitschmann, Mario; Sedmik, René; Abele, Hartmut (2021-06-01). "Gravity resonance spectroscopy and dark energy symmetron fields". The European Physical Journal Special Topics (dalam bahasa Inggeris). 230 (4): 1131–1136. arXiv:2012.07472. doi:10.1140/epjs/s11734-021-00088-y. ISSN 1951-6401.
6. Hadden, Elhoucine; Iso, Yuko; Kume, Atsushi; Umemoto, Koichi; Jenke, Tobias; Fally, Martin; Klepp, Jürgen; Tomita, Yasuo (2022-05-24). "Nanodiamond-based nanoparticle-polymer composite gratings with extremely large neutron refractive index modulation". Dalam McLeod, Robert R; Tomita, Yasuo; Sheridan, John T; Pascual Villalobos, Inmaculada (penyunting). Photosensitive Materials and their Applications II. 12151. SPIE. m/s. 70–76. Bibcode:2022SPIE12151E..09H. doi:10.1117/12.2623661. ISBN 9781510651784.
7. Byrne, James (2011). Neutrons, nuclei, and matter: an exploration of the physics of slow neutrons (ed. Dover). Mineola, N.Y: Dover Publications. m/s. 259. ISBN 978-0-486-48238-5.
8. Zijp WL, Nolthenius HJ, Baard JH, European Commission (1989). Nuclear data guide for reactor neutron metrology. Dordrecht: Kluwer. m/s. 359. ISBN 0-7923-0486-1. CD-NA-12-354-EN-C.
9. Watt, B. E. (15 September 1952). "Energy Spectrum of Neutrons from Thermal Fission of U²³⁵". Physical Review. 87 (6): 1037–1041. doi:10.1103/PhysRev.87.1037.
10. Kauffman, Andrew; Herminghuysen, Kevin; Van Zile, Matthew; White, Susan; Hatch, Joel; Maier, Andrew; Cao, Lei R. (October 2024). "Review of research and capabilities of 500 kW research reactor at the Ohio State University". Annals of Nuclear Energy. 206. doi:10.1016/j.anucene.2024.110647.