中子的彈性碰撞中，於一次碰撞中可能將中子能量全部轉移的核種為何？

本題觀念：

本題測驗的核心為中子與物質作用時的「彈性碰撞（Elastic collision）」機制，以及質量匹配對能量轉移效率的影響。

根據古典力學的兩體彈性碰撞理論，當一運動粒子（中子）碰撞一靜止的靶核時，其動能會部分轉移給靶核。在單次正面碰撞（Head-on collision）中，中子轉移給靶核的能量比例公式為： $f = \frac{4mM}{(m+M)^2}$ 其中 $m$ 為中子質量，$M$ 為靶核質量。

從公式可見，當入射中子質量與靶核質量完全相等（即 $m = M$）時，最大能量轉移比例 $f = 1$。這代表中子可能在一次正面彈性碰撞中將 100% 的能量全部轉移給靶核，使自身完全靜止。

選項分析

• A選項：1H（氫-1）：正確。氫-1 的原子核就是一個單一質子，質子的質量（約 1.007 u）與中子的質量（約 1.008 u）幾乎完全相等。代入上述物理公式，$f \approx 1$。因此，在一次正面的彈性碰撞中，中子能夠將幾乎所有的動能轉移給氫核。
• B選項：2D（氘，Deuterium）：錯誤。氘核包含一個質子與一個中子，質量約為中子的 2 倍（$M \approx 2m$）。代入公式計算可得，最大能量轉移比例為 $\frac{4 \times 1 \times 2}{(1+2)^2} = \frac{8}

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