第二章：中子慢化与慢化能谱

第二章：中子慢化与慢化能谱

0 引言

反应堆内裂变中子具有相当高的能量，其平均值约 为2Mev。 快中子反应堆

尽量避免低质量数的材料，以免导致中子能量降低。

热中子反应堆

慢化过程是一个非常重要的物理过程（散射）。

慢化(moderation)： 在无明显俘获的情况下，由散射引起中子能量降 低的过程。 几个基本假设： 1 2 3 与中子相比，慢化剂核静止； 核不被束缚在固体、液体或气体分子中； 中子与核每次碰撞都导致能量的降低。

n

neutron

M

nucleus

慢化能谱谱：

稳态时，中子通量密度按能量有稳定的分布。

忽略中子慢化通量 密度和空间的依赖 关系以及中子泄露 的影响。

空间与能量分离，对空间作简化，无限介质（最简单的情况，不考虑空间变量）。

§2.1

中子的弹性散射过程

2.1.1 弹性散射时能量的变化

运动的中子与静止的核碰撞。

碰撞前、后，其动量和动能守恒，并可用经典力学的方 法来处理。

实验室坐标系（L系）

两个参照系 质心(C系)

A

质心速度

B

中子碰前速度：

vc v1 V CM

V c V CM

A A 1 v1

靶核碰前速度：

1 A 1 v1

中子与核的总动量

P

c

m vc M V c

mM mM 0 v v 1 1 m M m M

用上角标 ’ 表示碰撞后的量，则根据碰撞前后 的动量守恒和动能守恒，有

m vc M V c 0

1 1 1 1 ,2 ,2 2 2 m vc M V c m vc M V c 2 2 2 2

,

,

vc

A v1 A 1

1 Vc v1 A 1

vc vc

Vc Vc

在C系内，碰撞后，中子和靶核的速度在数值上 不变，仅改变了运动方向。碰撞后，散射中子沿着 与它原来运动方向成角度的方向飞去。θc角叫做C 系内的散射角。

Vcm

我们感兴趣的是在L系 内碰撞前后中子能量的变化。 因而必须把C系中得到的结 果变换到L系中来。

v1 VCM vc 2vc VCM cos c

2

2

2

V

c

CM

1 A 1 v1

(2.1)

L系内碰撞后与碰 撞前中子能量之比

v

A v1 A 1

(2.8)

E v1 2 A2 2 A cos c 1 2 E v1 ( A 1)2

2.10

散射角余弦

Vcm

v1 cos 1 VCM vc cos c

或

VCM vc cos c 1 A cos c v1 cos 1 A 1 v v1 1 A cos c 1 2.11 2 A 2 A cos c 1

1 E E cos 1 ( A 1) ( A 1) 2 E E

2.10代入2.11

A 1 A 1

2

E' 1 (1 ) (1 ) cos c E 2

' E 1 讨论： (1 ) (1 ) cos c E 2

A 1 A 1

2

应选轻核作慢化剂

2.1.2 散射后中子能量的分布 （2-13）

根据碰撞后中子散射角分布的几率变可以求得碰 撞后中子能量分布的几率。

散射函数

由2-13式微分可得：

d

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/keiq.html