ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน

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

ชื่อช่วงพลังงานนิวตรอน^[1]

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

• 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

• Epithermal neutron เป็นนิวตรอนที่มีพลังงานมากกว่านิวตรอนความร้อน
• มากกว่า 0.2 eV

นิวตรอนแคดเมียม

• Cadmium neutron เป็นนิวตรอนซึ่งจะถูกแคดเมียมดูดซึมอย่างมาก
• น้อยกว่า 0.4 eV

นิวตรอนเอพิแคดเมียม

• Epicadmium neutron เป็นนิวตรอนที่แคดเมียมไม่ได้ดูดซึมอย่างมาก
• มากกว่า 0.6 eV

นิวตรอนช้า

• Slow neutron เป็นนิวตรอนที่มีพลังงานสูงกว่านิวตรอนเอพิแคดเมียมเล็กน้อย
• น้อยกว่า 1-10 eV

นิวตรอนเรโซแนนซ์

• Resonance neutron หมายถึงนิวตรอนที่มีความอ่อนไหวอย่างยิ่งและถูกจับยึดแบบไม่ใช่ฟิชชันโดย U-238
• 1 eV ถึง 300 eV

นิวตรอนกลาง

• Intermediate neutron เป็นนิวตรอนที่อยู่ระหว่างช้ากับเร็ว
• ไม่กี่ร้อย eV จนถึง 0.5 MeV

นิวตรอนเร็ว

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

• Ultrafast neutron เป็นไปตามทฤษฎีสัมพันธภาพ
• มากกว่า 20 MeV

การจำแนกประเภทอื่น ๆ

กอง (อังกฤษ

pile)

• นิวตรอนของทุกพลังงานที่มีอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
• 0.001 eV ถึง 15 MeV

นิวตรอนเย็นยิ่งยวด

แผนภูมิแสดงฟังก์ชันความหนาแน่นของความน่าจะเป็นแบบความเร็วของระดับความเร็วต่าง ๆ ของ ก๊าซเฉื่อย บางตัวที่อุณหภูมิ 298.15 °K (25 °C) คำอธิบายในแกนแนวตั้งปรากฏอยู่บนหน้าภาพ (คลิกเพื่อดู) นิวตรอน ที่ได้จากการ หน่วง จะมีการกระจายความเร็วที่คล้ายกัน

นิวตรอนเย็นยิ่งยวด (อังกฤษ: ultracold neutron (UCN)) เป็นนิวตรอนอิสระที่สามารถถูกเก็บไว้ในกับดักที่ทำจากวัสดุบางชนิด^{[ระบุ]}

อ้างอิง

1. Carron, N.J. (2007). An Introduction to the Passage of Energetic Particles Through Matter. p. 308.
2. 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)
3. Byrne, J. Neutrons, Nuclei, and Matter, Dover Publications, Mineola, New York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (pbk.) p. 259.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Language of the Nucleus เก็บถาวร 2020-02-25 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน