核反应减速剂

   题目    提示    解答


题目

  石墨原子核的质量为19.9×10 -27 kg,在核反应中作为快中子的减速剂中子的质量为1.67×10 -27kg, 若中子以3×10 7m/s的初速度与静止的石墨原子作弹性碰撞后减速,试问需经过几次对心碰撞后中子速度减为102m/s?


提示

  中子与石墨原子核碰撞遵从完全弹性碰撞,其动量守恒与机械能守恒,相互作用后使中子的速度减小,从而起到减速剂的作用。


解答

  中子和石墨原子核的碰撞是完全弹性碰撞,因此中子和石墨原子核所组成的系统动量守恒、机械能守恒。

  设中子的质量为m1碰前的速度为 v10,碰后的速度为 v1

  石墨原子核的质量为m2,碰前的速度为0, 碰后的速度为v2

动量守恒式:m1v10 m1v1 m2v2

机械能守恒式:

由上两式解得:    

中子原来的速度为v10经过一次碰撞后减为v1

同理可知,经过二次碰撞后,其速度减为  

设经过几次碰撞后,速度减为

根据题意得:

代入数字:   

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