Was ist der Neutronenquerschnitt?
Einführung
Neutronenquerschnitte sind grundlegende Parameter in der Kernphysik, die die Wahrscheinlichkeit verschiedener Wechselwirkungen zwischen Neutronen und Atomkernen angeben. Das Verständnis dieser Wirkungsquerschnitte ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, die von der Konstruktion von Kernreaktoren über medizinische Behandlungen bis hin zur astrophysikalischen Forschung reichen.
DieWirkungsquerschnitte von Neutronen variieren je nach der Energie des Neutrons und der Art der Wechselwirkung, die es mit einem Atomkern eingeht. Zu diesen Wechselwirkungen gehören Streuung, Absorption und Spaltung, die bei verschiedenen Anwendungen eine wichtige Rolle spielen.
Arten von Neutronenwechselwirkungen
- Elastische Streuung: Neutronen stoßen ohne Energieverlust mit Kernen zusammen und ändern dabei ihre Richtung.
- Unelastische Streuung: Neutronen übertragen etwas Energie auf den Kern, was zu einer Anregung führt.
- Absorption: Neutronen werden vom Kern absorbiert, was zu einem radioaktiven Zerfall oder einer Spaltung führen kann.
Anwendungen von Neutronenquerschnitten
Neutronenquerschnitte sind für verschiedene Anwendungen von zentraler Bedeutung:
- Konstruktion von Kernreaktoren: Genaue Querschnittsdaten gewährleisten einen effizienten und sicheren Reaktorbetrieb.
- Medizinische Behandlungen: Die Neutronentherapie stützt sich auf präzise Neutronenwechselwirkungen, um Krebszellen zu bekämpfen.
- Astrophysik: Verständnis der stellaren Nukleosynthese und der Zusammensetzung von Neutronensternen.
- Materialwissenschaft: Untersuchung von Materialeigenschaften mit Hilfe von Neutronenstreuungstechniken.
Neutronenquerschnittstabelle für Elemente
Der Neutronenquerschnitt eines Elements beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron mit den Kernen dieses Elements wechselwirkt. Der Wert wird in der Regel in Einheiten von Barns (b) angegeben, wobei 1 Barn = 10-2410^{-24} cm². Der Wirkungsquerschnitt ist eine wichtige Eigenschaft in Bereichen wie Kernphysik, Kernreaktoren und Strahlungsabschirmung.
Die folgende Tabelle zeigt die Werte des Neutronenquerschnitts für mehrere gängige Elemente, wobei der Schwerpunkt auf dem Gesamtquerschnitt, dem thermischen Querschnitt und demSpaltungsquerschnitt liegt, sofern verfügbar.
|
Element |
Isotop |
Gesamtquerschnitt (b) |
Thermischer Neutronenquerschnitt (b) |
Einfangquerschnitt (b) |
Spaltungsquerschnitt (b) |
|
Wasserstoff (H) |
Wasserstoff-1 |
20.5 |
5335 |
0.33 |
0 |
|
Kohlenstoff (C) |
Kohlenstoff-12 |
1.7 |
2.2 |
0.0035 |
0 |
|
Sauerstoff (O) |
Sauerstoff-16 |
0.02 |
0.0002 |
0.0001 |
0 |
|
Uran (U) |
Uran-238 |
280 |
2.7 |
0.1 |
50 |
|
Uran (U) |
Uran-235 |
1000 |
680 |
0.3 |
5800 |
|
Thorium (Th) |
Thorium-232 |
36 |
5.7 |
0.1 |
0 |
|
Plutonium (Pu) |
Plutonium-239 |
748 |
2.6 |
0.17 |
8400 |
|
Neptunium (Np) |
Neptunium-239 |
71 |
16.5 |
0.2 |
1600 |
|
Bor (B) |
Bor-10 |
384 |
3835 |
0.005 |
0 |
|
Bor (B) |
Bor-11 |
5.5 |
3.0 |
0.01 |
0 |
|
Eisen (Fe) |
Eisen-56 |
2.6 |
2.2 |
0.02 |
0 |
|
Kobalt (Co) |
Kobalt-59 |
35 |
0.2 |
0.02 |
0 |
|
Kupfer (Cu) |
Kupfer-63 |
5.1 |
0.4 |
0.01 |
0 |
|
Zink (Zn) |
Zink-64 |
3.0 |
0.1 |
0.01 |
0 |
|
Blei (Pb) |
Blei-208 |
0.22 |
0.0004 |
0.01 |
0 |
|
Nickel (Ni) |
Nickel-58 |
3.0 |
0.03 |
0.01 |
0 |
|
Silizium (Si) |
Silizium-28 |
1.0 |
0.2 |
0.001 |
0 |
|
Aluminium (Al) |
Aluminium-27 |
1.6 |
0.3 |
0.002 |
0 |
|
Magnesium (Mg) |
Magnesium-24 |
3.2 |
1.0 |
0.02 |
0 |
|
Kalzium (Ca) |
Kalzium-40 |
1.1 |
0.04 |
0.0008 |
0 |
|
Argon (Ar) |
Argon-40 |
0.04 |
0.006 |
0.0006 |
0 |
- Wasserstoffhat einen sehr hohen Wirkungsquerschnitt für thermische Neutronen, weshalb er häufig für neutronenmoderierende Anwendungen (wie Wasser in Reaktoren) verwendet wird.
- Uran-235und Plutonium-239sind hochgradig spaltbare Stoffe, die in Kernreaktoren und Waffen unverzichtbar sind.
- Borhat einen sehr großen Neutroneneinfangquerschnitt, was es für Neutronenabschirmungen und Kontrollstäbe in Kernreaktoren nützlich macht.
- Bleiund Eisenhaben niedrige Neutronenwechselwirkungsquerschnitte, was sie zu wirksamen Strahlenschutzmaterialien macht.
Weitere Informationen findenSie unter Stanford Advanced Materials (SAM).
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Neutronenquerschnitt?
Ein Neutronenquerschnitt quantifiziert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron mit einem bestimmten Kern wechselwirkt, gemessen in Einheiten, die Barns genannt werden.
Warum sind Neutronenquerschnitte in Kernreaktoren wichtig?
Sie bestimmen, wie sich die Neutronen innerhalb des Reaktors verhalten, was sich auf die Nachhaltigkeit der Kettenreaktion und die Effizienz des Reaktors auswirkt.
Wie hängen die Neutronenquerschnitte von der Energie ab?
Bei verschiedenen Neutronenenergien dominieren unterschiedliche Wechselwirkungen, was zu unterschiedlichen Querschnittswerten in verschiedenen Energiebereichen führt.
Wo kann ich detaillierte Daten zum Neutronenquerschnitt finden?
Umfassende Daten sind in Nukleardatenbanken wie dem National Nuclear Data Center (NNDC) und in wissenschaftlichen Fachpublikationen verfügbar.
Können Neutronenquerschnitte in medizinischen Anwendungen verwendet werden?
Ja, sie sind von wesentlicher Bedeutung für die Neutronentherapie, die auf Krebszellen abzielt und dabei gesundes Gewebe möglichst wenig schädigt.
