ตัวหน่วงนิวตรอน

ใน วิศวกรรมนิวเคลียร์ ตัวหน่วงนิวตรอน () 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

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  สามารถเกี่ยวข้องกับ อุณหภูมิ ผ่านทางสมการ:

ลักษณะสมบัติที่เป็น อุณหภูมิ ของนิวตรอนที่มีพลังงานหลาย ๆ MeV จะมีอุณหภูมิหลายสิบล้านองศา เซลเซียส

การหน่วงเป็นกระบวนการของการลดลงของพลังงานจลน์สูงช่วงเริ่มต้นของนิวตรอนอิสระ เนื่องจากพลังงานจะถูกอนุรักษ์ การลดลงของพลังงานจลน์ของนิวตรอนนี้จะเกิดขึ้นโดยการโอนพลังงานไปยังวัสดุที่เรียกว่าตัวหน่วง ตัวหน่วงยังเป็นที่รู้จักกันในนาม ตัวชะลอนิวตรอน เนื่องจากที่มาพร้อมกับการลดลงของพลังงานก็คือการลดความเร็วนั่นเอง

ความน่าจะเป็นของการกระเจิงของนิวตรอนตัวหนึ่งจากนิวเคลียสจะถูกกำหนดโดยภาคตัดขวางการกระเจิง คู่แรกของการชนที่มีตัวหน่วงอาจจะมีพลังงานสูงเพียงพอที่จะกระตุ้นนิวเคลียสของตัวหน่วง การปะทะกันดังกล่าวเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น เนื่องจากบางส่วนของพลังงานจลน์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์โดยการกระตุ้นบางส่วนของเสรีภาพภภายในของนิวเคลียสเพื่อที่จะสร้างสภาวะกระตุ้น () ในขณะที่พลังงานของนิวตรอนลดลง การชนกลายเป็นแบบยืดหยุ่นเสียส่วนใหญ่ นั่นคือพลังงานจลน์และโมเมนตัมรวมของระบบ (ของนิวตรอนและของนิวเคลียส) ถูกอนุรักษ์ (พลังงานจลน์รวม=โมเมนตัมรวม)

ถ้ากำหนดให้เป็นคณิตศาสตร์ของการชนแบบยืดหยุ่น เนื่องจากนิวตรอนมีน้ำหนักเบามากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสส่วนใหญ่ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกำจัดพลังงานจลน์ออกจากนิวตรอนก็คือโดยการเลือกนิวเคลียสหน่วงที่มีมวลใกล้เคียงกัน

การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส 1H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง   ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม   ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย:

.

สมการนี้สามารถประมาณออกมาให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายมากคือ  . จากสมการนี้เราสามารถลบด้วย  จำนวนที่คาดหวังของการชนกันของนิวตรอนที่มีนิวเคลียสตามประเภทที่กำหนดให้ที่จะต้องลดพลังงานจลน์ของนิวตรอนจาก   เป็น  

.

ตัวเลือกสำหรับวัสดุตัวหน่วง

อ้างอิง 

เทคโนโลยีนิวเคลียร์
นิวตรอน