Neutron termiczny - Polski Serwis Naukowy

Neutrony termiczne to neutrony o energii kinetycznej porównywalnej z energią ruchu cieplnego w temperaturze zbliżonej do pokojowej T = 295 K, jest to energia równa $\ E = k_B T$

gdzie T - temperatura neutronu, $k_B$ - stała Boltzmanna.

Temperaturę neutronu można powiązać z jego wektorem falowym, poprzez związek wektora falowego z pędem. Otrzyma się wówczas wzór $T = \frac{E}{k_B} = \frac{\hbar^2 k^2}{2 m_N k_B}$

gdzie

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

$\hbar$ - (h kreślone) stała Diraca, $k$ - długość wektora falowego neutronu, $m_N$ - masa neutronu.

Neutron termiczny ma energię około 25 m eV, prędkość 2,2 km/s, długości fali 1,8 A, i temperaturę 290 K (20°C).

Najważniejszym zastosowaniem neutronów termicznych jest udział w reakcji rozszczepiania jąder uranu. Przekrój czynny na rozszczepienie izotopu uranu $^{235}$ U ma strukturę rezonansową, a jego maksimum występuje dla energii neutronu 0,025 eV, gdzie wartość przekroju wynosi 577 b.

Barn (b) - jednostka przekroju czynnego. Wyraża się nią również elektryczny moment kwadrupolowy jądra. Stosowana w fizyce jądrowej i fizyce cząstek elementarnych. 1 barn to w przybliżeniu pole powierzchni przekroju jądra atomu uranu.

Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.

Neutrony emitowane po rozszczepieniu jąder uranu mają zbyt duże energie by powodować reakcje łańcuchowe. Aby je spowolnić do około 0,025 eV (2,2 km/s) stosuje się tzw. moderator, czyli ośrodek materialny, przez który przechodzą neutrony i ulegają moderacji. Moderacja polega na dostosowaniu temperatury (ustaleniu równowagi termodynamicznej poprzez zderzenia elastyczne neutronów z jądrami moderatora) neutronów do temperatury moderatora. Moderatorem neutronów termicznych jest najczęściej woda destylowana będąca w obiegu zamkniętym, która schładzana jest na zewnątrz reaktora poprzez chłodnie kominowe.

Sekunda (łac. secunda – następna, najbliższa) – jednostka czasu, jednostka podstawowa większości układów jednostek miar np. SI, MKS, CGS – oznaczana s (bez kropki na końcu).

Chłodnia kominowa - urządzenie służące do schładzania przemysłowego wody w zakładach przemysłowych oraz energetycznych, które nie mają możliwości użycia do chłodzenia wody z rzeki, morza czy jeziora. Jest specyficznym kontaktowym mokrym wymiennikiem ciepła. Wykonana jest w formie budowli żelbetowej (sporadycznie drewnianej), wyposażona w znacznej wysokości komin wymuszający przepływ powietrza umożliwiający chłodzenie wody. Często chłodnie kominowe i para wodna wydostająca się z nich pokazywane są mylnie jako główne źródło skażenia środowiska.

Neutronów termicznych używa się głównie do badań ciała stałego. Badania te polegają na wykorzystaniu zjawiska dyfrakcji neutronów na sieci krystalicznej badanej substancji.

Długość fali neutronu termicznego porównywalna jest z odległościami międzyatomowymi w substancji. Dzięki temu, neutrony bardzo dobrze nadają się do badania struktur krystalicznych i, z racji tego, że neutron posiada moment magnetyczny, struktur magnetycznych.

Energia kinetyczna neutronu termicznego porównywalna jest z energiami elementarnych wzbudzeń sieci krystalicznej (fononów) i sieci magnetycznej (magnonów). Dzięki rozpraszaniu nieelastycznemu neutronów, można badać kreację i anihilację fononów i magnonów, przez co zyskuje się wiedzę o własnościach badanego materiału.

Woda destylowana - woda pozbawiona metodą destylacji soli mineralnych oraz większości innych substancji ją zanieczyszczających. Zawiera rozpuszczone gazy (głównie dwutlenek węgla, także tlen i azot) oraz zanieczyszczenia lotnymi substancjami organicznymi.

Angstrem – jednostka długości równa 10-10 m. Oznaczenie: Å. Nie jest jednostką układu SI. Służy do liczbowego wyrażania wartości bardzo małych długości, porównywalnych z rozmiarami atomów. Często stosowany w chemii i fizyce przy opisywaniu obiektów i zjawisk zachodzących w skali atomowej, gdzie posługiwanie się jednostkami układu SI wymagałoby używania ułamków (1 Å = 0,1 nm) lub liczbami rzędu setek (1 Å = 100 pm). Przykładowo atom wodoru ma promień rzędu 0,5 Å, a długość wiązania H-H w cząsteczkach H2 to nieco więcej niż 1 Å. Jednostka ta używana jest też do oznaczania długości fal promieniowania, np. widzialnego, ultrafioletowego, rentgenowskiego i in.

Zobacz

detekcja neutronów

neutron zimny

neutron