ใน ต วหน วงน วตรอน อ งกฤษ neutron moderator เป นต วกลางท ช วยลดความเร วของ น วตรอนเร ว โดยเปล ยนให เป น น วตรอนความร อน

ใน ตัวหน่วงนิวตรอน (อังกฤษ: neutron moderator) เป็นตัวกลางที่ช่วยลดความเร็วของ นิวตรอนเร็ว โดยเปลี่ยนให้เป็น นิวตรอนความร้อน ที่สามารถสร้างความยั่งยืนให้กับ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ที่ใช้ 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 ()	1		รัสเซีย (1)
แกรไฟต์	29	, ,	สหราชอาณาจักร (18), รัสเซีย (11)
น้ำหนัก	29	PHWR	แคนาดา (17), เกาหลีใต้ (4), โรมาเนีย (2), จีน (2), อินเดีย (18), อาร์เจนตินา, ปากีสถาน
น้ำเบา	359	,	27 ประเทศ

การหน่วง

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

เนื่องจาก พลังงานจลน์ $E$ สามารถเกี่ยวข้องกับ อุณหภูมิ ผ่านทางสมการ:

$E={\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {3}{2}}k_{B}T$

ลักษณะสมบัติที่เป็น อุณหภูมิ ของนิวตรอนที่มีพลังงานหลาย ๆ MeV จะมีอุณหภูมิหลายสิบล้านองศา เซลเซียส

การหน่วงเป็นกระบวนการของการลดลงของพลังงานจลน์สูงช่วงเริ่มต้นของนิวตรอนอิสระ เนื่องจากพลังงานจะถูกอนุรักษ์ การลดลงของพลังงานจลน์ของนิวตรอนนี้จะเกิดขึ้นโดยการโอนพลังงานไปยังวัสดุที่เรียกว่าตัวหน่วง ตัวหน่วงยังเป็นที่รู้จักกันในนาม ตัวชะลอนิวตรอน เนื่องจากที่มาพร้อมกับการลดลงของพลังงานก็คือการลดความเร็วนั่นเอง

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

ถ้ากำหนดให้เป็นคณิตศาสตร์ของการชนแบบยืดหยุ่น เนื่องจากนิวตรอนมีน้ำหนักเบามากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสส่วนใหญ่ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกำจัดพลังงานจลน์ออกจากนิวตรอนก็คือโดยการเลือกนิวเคลียสหน่วงที่มีมวลใกล้เคียงกัน

การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส ¹H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง $\xi$ ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม $A$ ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย:

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

สมการนี้สามารถประมาณออกมาให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายมากคือ $\xi \simeq {\frac {2}{A+1}}$ .^[] จากสมการนี้เราสามารถลบด้วย $n$ จำนวนที่คาดหวังของการชนกันของนิวตรอนที่มีนิวเคลียสตามประเภทที่กำหนดให้ที่จะต้องลดพลังงานจลน์ของนิวตรอนจาก $E_{0}$ เป็น $E_{1}$

n={\frac {1}{\xi }}(\ln E_{0}-\ln E_{1})

.

ในระบบที่อยู่ในความสมดุลความร้อน นิวตรอน (สีแดง) ถูกกระเจิงแบบยืดหยุ่นโดยตัวหน่วงแบบสมมุติของนิวเคลียสไฮโดรเจนอิสระ (สีน้ำเงิน) เป็นการประสบกับการเคลื่อนที่ที่กระตุ้นด้วยความร้อน พลังงานจลน์จะถูกเคลื่อนย้ายไประหว่างอนุภาคด้วยกัน เนื่องจากนิวตรอนมีมวลเท่ากับโปรตอนและไม่มีการดูดซับ การกระจายความเร็วของทั้งสองชนิดของอนุภาคจะถูกอธิบายไว้อย่างดีโดย

ตัวเลือกสำหรับวัสดุตัวหน่วง

อ้างอิง

Miller, Jr., George Tyler (2002). Living in the Environment: Principles, Connections, and Solutions (12th Edition). Belmont: . p. 345. ISBN .
Stacey., Weston M (2007). Nuclear reactor physics. . pp. 29–31. ISBN .
Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited. ISBN .
Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited.

[1] Miller, Jr., George Tyler (2002). Living in the Environment: Principles, Connections, and Solutions (12th Edition). Belmont: . p. 345. ISBN .

[Weston-2] Stacey., Weston M (2007). Nuclear reactor physics. . pp. 29–31. ISBN .

[DB-3] Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited. ISBN .

[4] Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited.