| วิทยาศาสตร์กับนิวตรอน |
| --- |
|  |
| 
รากฐาน |
| * ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน
* Flux **·**  รังสี **·**  การขนส่ง
* ภาคตัดขวาง **·**  การจับยึด **·**  การกระตุ้น
 |
| การกระเจิงนิวตรอน |
| * การเลี้ยวเบนนิวตรอน
	+ Small-angle neutron scattering
	+ GISANS
	+ Reflectometry
* การกระเจิงนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่น
	+ Triple-axis spectrometer
	+ Time-of-flight spectrometer
	+ Backscattering spectrometer
	+ Spin-echo spectrometer
 |
| 
การประยุกต์ใช้งานอื่น |
| * การถ่ายภาพด้วยนิวตรอน
* การวิเคราะห์การกระตุ้น **·**  Prompt gamma activation analysis
* Fundamental research with neutrons: Ultracold neutrons **·**  Interferometry
* การบำบัดด้วยนิวตรอนเร็ว
* การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน
 |
| 
โครงสร้างพื้นฐาน |
| * แหล่งกำเนิดนิวตรอน: เครื่องปฏิกรณ์เพื่อการค้นคว้า **·**  การแตกเป็นเสี่ยง **·**  ตัวหน่วงนิวตรอน
* Neutron optics: Guide **·**  Supermirror **·**  Polarizer
* Detection
 |
| ห้องปฏิบัติการด้านนิวตรอน |
| * America: HFIR **·**  LANSCE **·**  NIST CNR -SNS
* Australia: OPAL
* Asia: J-PARC **·** HANARO
* Europe: BER II **·**  FRM II **·**  ILL **·**  ISIS **·**  JINR **·**  LLB **·**  PINS **·**  SINQ
* Historic: IPNS **·**  HFBR
* Planned: ESS
* User Affiliations: ENSA
 |
| * ด
* ค
* ก
 |

ใน วิศวกรรมนิวเคลียร์ **ตัวหน่วงนิวตรอน** (อังกฤษ: neutron moderator) เป็นตัวกลางที่ช่วยลดความเร็วของ นิวตรอนเร็ว โดยเปลี่ยนให้เป็น นิวตรอนความร้อน ที่สามารถสร้างความยั่งยืนให้กับ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ที่ใช้ ยูเรเนียม-235 หรือ นิวไคลด์ อื่นที่ทำ ฟิชชัน ได้ที่คล้ายกัน

ตัวหน่วงที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ น้ำปกติ (เบา) (ใช้ประมาณ 75% ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของโลก) แท่ง แกรไฟต์ (20% ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) และ น้ำหนัก (5% ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์)
เบริลเลียม ก็ได้ถูกนำมาใช้ในรูปแบบเพื่อการทดลองบางอย่าง และพวก ไฮโดรคาร์บอน ก็ได้รับการแนะนำว่ามีความเป็นไปได้อีกตัวหนึ่ง

เรียงตามเครื่องปฏิกรณ์ พลังงานนิวเคลียร์ ที่กำลังใช้งานอยู่ในปัจจุบัน| ตัวหน่วง | จำนวนปฏิกรณ์ | ประเภทการออกแบบ | ประเทศ |
| --- | --- | --- | --- |
| ไม่ใช้ (เร็ว) | 1 | BN-600 | รัสเซีย (1) |
| แกรไฟต์ | 29 | เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยก๊าซแบบก้าวหน้า(AGR), Magnox, RBMK | สหราชอาณาจักร (18), รัสเซีย (11) |
| น้ำหนัก | 29 | CANDU PHWR | แคนาดา (17), เกาหลีใต้ (4), โรมาเนีย (2), จีน (2), อินเดีย (18), อาร์เจนตินา, ปากีสถาน |
| น้ำเบา | 359 | เครื่องปฏิกรณ์น้ำความดัน(PWR), เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด(BWR) | 27 ประเทศ |

การหน่วง
--------

นิวตรอนจะยึดเหนี่ยวตามปกติอยู่กับ นิวเคลียสของอะตอม และไม่ได้มีอยู่ฟรีอย่างอิสระได้นานในธรรมชาติ นิวตรอน ที่ไม่ถูกยึดเหนี่ยวจะมี ครึ่งชีวิต เพียงประมาณ 10 นาที การปลดปล่อยนิวตรอนจากนิวเคลียสต้องการพลังงานที่มากกว่า พลังงานยึดเหนี่ยว ของนิวตรอน ซึ่งโดยปกติจะเท่ากับ 7-9 MeV สำหรับ ไอโซโทป ส่วนมาก แหล่งกำเนิดนิวตรอน จะสร้างนิวตรอนอิสระโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่หลากหลาย รวมทั้ง นิวเคลียร์ฟิชชัน และ นิวเคลียร์ฟิวชัน ไม่ว่าแหล่งกำเนิดของนิวตรอนจะเป็นอย่างไร ก็จะถูกปลดปล่อยออกมาพร้อมกับพลังงานหลาย MeV

เนื่องจาก พลังงานจลน์ {\displaystyle E} สามารถเกี่ยวข้องกับ อุณหภูมิ ผ่านทางสมการ:

{\displaystyle E={\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {3}{2}}k\_{B}T}

ลักษณะสมบัติที่เป็น อุณหภูมิ ของนิวตรอนที่มีพลังงานหลาย ๆ MeV จะมีอุณหภูมิหลายสิบล้านองศา เซลเซียส

การหน่วงเป็นกระบวนการของการลดลงของพลังงานจลน์สูงช่วงเริ่มต้นของนิวตรอนอิสระ เนื่องจากพลังงานจะถูกอนุรักษ์ การลดลงของพลังงานจลน์ของนิวตรอนนี้จะเกิดขึ้นโดยการโอนพลังงานไปยังวัสดุที่เรียกว่าตัวหน่วง ตัวหน่วงยังเป็นที่รู้จักกันในนาม *ตัวชะลอนิวตรอน* เนื่องจากที่มาพร้อมกับการลดลงของพลังงานก็คือการลดความเร็วนั่นเอง

ความน่าจะเป็นของการกระเจิงของนิวตรอนตัวหนึ่งจากนิวเคลียสจะถูกกำหนดโดยภาคตัดขวางการกระเจิง คู่แรกของการชนที่มีตัวหน่วงอาจจะมีพลังงานสูงเพียงพอที่จะกระตุ้นนิวเคลียสของตัวหน่วง การปะทะกันดังกล่าวเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น เนื่องจากบางส่วนของพลังงานจลน์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์โดยการกระตุ้นบางส่วนของเสรีภาพภภายในของนิวเคลียสเพื่อที่จะสร้างสภาวะกระตุ้น (อังกฤษ: excited state) ในขณะที่พลังงานของนิวตรอนลดลง การชนกลายเป็นแบบยืดหยุ่นเสียส่วนใหญ่ นั่นคือพลังงานจลน์และโมเมนตัมรวมของระบบ (ของนิวตรอนและของนิวเคลียส) ถูกอนุรักษ์ (พลังงานจลน์รวม=โมเมนตัมรวม)

ถ้ากำหนดให้เป็นคณิตศาสตร์ของการชนแบบยืดหยุ่น เนื่องจากนิวตรอนมีน้ำหนักเบามากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสส่วนใหญ่ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกำจัดพลังงานจลน์ออกจากนิวตรอนก็คือโดยการเลือกนิวเคลียสหน่วงที่มีมวลใกล้เคียงกัน

การปะทะกันแบบยืดหยุ่นของมวลที่เท่ากัน
การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส 1H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา *การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง* {\displaystyle \xi } ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม {\displaystyle A} ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย:

{\displaystyle \xi =\ln {\frac {E\_{0}}{E}}=1+{\frac {(A-1)^{2}}{2A}}\ln \left({\frac {A-1}{A+1}}\right)}.

สมการนี้สามารถประมาณออกมาให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายมากคือ {\displaystyle \xi \simeq {\frac {2}{A+1}}}.[*โปรดขยายความ*] จากสมการนี้เราสามารถลบด้วย {\displaystyle n} จำนวนที่คาดหวังของการชนกันของนิวตรอนที่มีนิวเคลียสตามประเภทที่กำหนดให้ที่จะต้องลดพลังงานจลน์ของนิวตรอนจาก {\displaystyle E\_{0}} เป็น {\displaystyle E\_{1}}

{\displaystyle n={\frac {1}{\xi }}(\ln E\_{0}-\ln E\_{1})}.
ในระบบที่อยู่ในความสมดุลความร้อน นิวตรอน (สีแดง) ถูกกระเจิงแบบยืดหยุ่นโดยตัวหน่วงแบบสมมุติของนิวเคลียสไฮโดรเจนอิสระ (สีน้ำเงิน) เป็นการประสบกับการเคลื่อนที่ที่กระตุ้นด้วยความร้อน พลังงานจลน์จะถูกเคลื่อนย้ายไประหว่างอนุภาคด้วยกัน เนื่องจากนิวตรอนมีมวลเท่ากับโปรตอนและไม่มีการดูดซับ การกระจายความเร็วของทั้งสองชนิดของอนุภาคจะถูกอธิบายไว้อย่างดีโดยการกระจายแบบแมกส์เวลล์-โบลส์แมนน์
### ตัวเลือกสำหรับวัสดุตัวหน่วง

อ้างอิง
-------

1. ↑  Miller, Jr. George Tyler (2002). *Living in the Environment: Principles, Connections, and Solutions (12th Edition)*. Belmont: The Thomson Corporation. p. 345. ISBN 0-534-37697-5.
2. ↑  Stacey. Weston M (2007). *Nuclear reactor physics*. Wiley-VCH. pp. 29–31. ISBN 3-527-40679-4.
3. ↑  Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). *Neutrons and Solid State Physics*. Ellis Horwood Limited. ISBN 0-13-617192-3.
4. ↑  Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited. ISBN 0-13-617192-3