Question

在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与

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H核碰撞减速，在石墨中与

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C核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？

Answer 1

分析：中子和靶核碰撞的过程中动量守恒、能量守恒，根据动量守恒定律和能量守恒定律分别求出碰后中子的速度，进行比较，判断哪种效果更好．

解答：解：设中子的质量为m_n，靶核质量为m
由动量守恒定律：m_nv₀=m_nv₁+mv₂
由能量守恒定律得，

1

2

mnv12+

1

2

mv22=

1

2

mnv02
解得：v1=

mn-m

mn+m

v0
在重水中靶核质量m=2m_n
解得v1H=

mn-mH

mn+mH

v0=-

1

3

v0
在石墨中靶核的质量m=12m_n
v1C=

mn-mC

mn+mC

v0=-

11

3

v0
与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．
答：与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．

点评：解决本题的关键知道弹性碰撞的过程中动量守恒，能量也守恒．