当“自由的”中子与钱摊上关系的时候,中子就很难自由了。现实生活中，要产生中子需要非常先进的高科技设备，目前世界上只有少数国家具备这个能力。然而，谁会需要中子呢?中子只有在先进材料的研发，高端的生物技术，以及冷聚变反应中才会涉及。如今，美国橡树岭国家实验室的实验学家因为研究需要也开始关注高通量同位素反应堆(HFIR)。利用COMSOL Multiphysics建模仿真，高级安全分析专家Jim博士证实强大的中子流可以缓慢、冷却、无障碍进入设备中。

图1中的高通量同位素反应堆(HFIR)是世界上最强大的研究反应设备。它建造于19世纪60年代，是唯一一个以可控核裂变来产生自由中子的设计。中子之所以被冠以“自由”，是因为在核反应中原子核分解成质子、电子、反中微子等亚核组分，中子就可以脱离原子核存在于自由空间中。电中性的自由中子有很强的穿透能力，可以无阻碍的穿过原子内的电场，速度减慢的主要原因来自与原子核发生碰撞。氢核中只有一个质子和中子，对快速移动的自由中子来说是非常好的冷却剂。

高通量同位素反应堆中，在距离反应装置核心直径2英尺范围内的中心高温区域中子的产生反应非常剧烈，很少存在像锎-252这样的同位素。高通量同位素反应堆将反应核心以外的自由中子收集起来形成密集的中子流用来做散射研究或者在新柱设备HB-4(图1)中进行其它的试验。随着这些新型低温氢系统投入生产来冷却中子，从这些束管进入实验设备的中子流的可控性将达到世界上最好水平。

“从冷却源中出来的氢不仅要能冷却中子，还要对所流经的所有设备部分进行冷却。”Freels解释说。HFIR种的新型冷源储存有5kg温度为18~21K的气体，并使之能在传输管中持续循环。氢气三个变速循环器的作用下从冷却源中流出进入传输管中。快速的旋转循环器以0.074 kg/s的速度将氢气泵出。尽管循环器是利用磁悬浮控制，但是快速旋转仍然会产生大量的热。增压装置(图2和图3)会吸收一部分热量，同时压力要保持在14~15微巴范围，在这个范围内可以避免过冷泡核沸腾。当氢循环经过外部循环中的慢化剂装置时，与反应器中流出的 中子流相遇。自由中子会像密集不可见的激光束一样经过引导装置流入实验设备中。流动的氢从慢化剂装置中返回到泵中进入下一轮循环。

核反应、变速循环器以及内热泄露需要氢必须吸收2200W的热量。“这就是我们采用COMSOL Multiphysics模拟的原因所在，因为我们需要对冷却过程进行精确的评估。” Freels说道。最关键的组件中有最剧烈的温度下降过程：从周围的装置中吸收热量的增压器，以及外壁吸收密集的中子流的慢化剂腔。