核反应减速剂
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?
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。
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: