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Was ist der Neutronenquerschnitt?
Einführung
Neutronenquerschnitte sind einige der grundlegenden Parameter in der Kernphysik, die die Wahrscheinlichkeit verschiedener Arten von Wechselwirkungen zwischen Neutronen und Atomkernen definieren. Diese Wirkungsquerschnitte sind von grundlegender Bedeutung für die Auslegung von Kernreaktoren, medizinische Behandlungen und astrophysikalische Forschung.
Die Wirkungsquerschnitte von Neutronen sind energieabhängig, ebenso wie die Arten der Wechselwirkung zwischen Neutronen und Atomkernen: Streuung, Absorption und Spaltung sind einige der wichtigsten Arten von Wechselwirkungen, die in verschiedenen Anwendungen auftreten.
Arten von Neutronenwechselwirkungen
- Elastische Streuung: Neutronen stoßen mit Kernen zusammen; es gibt keinen Energieverlust, da die Neutronen ihre Richtung ändern.
- Unelastische Streuung: Ein Teil der Energie wird von den Neutronen auf den Kern übertragen, wodurch dieser angeregt wird.
- Absorption: Die Neutronen werden vom Kern absorbiert, wobei in einigen Fällen ein radioaktiver Zerfall oder eine Spaltung möglich ist.
Anwendungen von Neutronenquerschnitten
Neutronenquerschnitte sind für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Bei der Konstruktion von Kernreaktoren sind genaue Querschnittsdaten für einen effizienten und sicheren Reaktorbetrieb erforderlich. Bei medizinischen Behandlungen wie der Neutronentherapie werden präzise Neutronenwechselwirkungen genutzt, um Krebszellen zu bekämpfen. In der Astrophysik tragen Neutronenquerschnitte zu unserem Verständnis der stellaren Nukleosynthese und der Zusammensetzung von Neutronensternen bei. In der Materialwissenschaft werden Neutronenstreuungstechniken zur Untersuchung von Materialeigenschaften eingesetzt.
Neutronenquerschnittstabelle für Elemente
Der Neutronenquerschnitt eines Elements gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der ein Neutron mit den Kernen des betreffenden Elements wechselwirkt. Die Einheit wird normalerweise in Scheunen angegeben, wobei 1 Scheune = 10-2410^{-24} cm². Dies ist einer der wichtigsten Parameter in der Kernphysik, in Kernreaktoren und bei der Strahlenabschirmung.
Hier finden Sie eine Tabelle der Neutronenquerschnitte für einige gängige Elemente. Diese Tabelle enthält Gesamt-, Wärme- und Spaltungsquerschnitte, soweit möglich:
|
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 |
- Wasserstoff hat einen extrem hohen thermischen Neutronenquerschnitt und findet daher breite Anwendung in neutronenmoderierenden Anwendungen, wie z. B. Wasser in Reaktoren.
- Uran-235 und Plutonium-239: Hochgradig spaltbare Materialien, die daher sowohl in Kernreaktoren als auch in Waffen eingesetzt werden.
- Bor besitzt einen extrem großen Neutroneneinfangquerschnitt, der es für die Neutronenabschirmung und in Steuerstäben von Kernreaktoren sehr nützlich macht.
- Der niedrige Neutronenwechselwirkungsquerschnitt von Blei und Eisen macht sie zu guten Strahlungsabschirmungsmaterialien.
- Ausführlichere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Neutronenquerschnitt?
Ein Neutronenquerschnitt misst die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron mit einem bestimmten Kern wechselwirkt, und wird in Einheiten gemessen, die Barns genannt werden.
Warum sind Neutronenquerschnitte in Kernreaktoren wichtig?
Sie bestimmen, wie sich die Neutronen im Reaktor verhalten, und beeinflussen die Nachhaltigkeit der Kettenreaktion und die Effizienz des Reaktors.
Wie hängen die Neutronenquerschnitte von der Energie ab?
Bei verschiedenen Neutronenenergien dominieren unterschiedliche Wechselwirkungen; daher variieren die Werte des Wirkungsquerschnitts in den verschiedenen Energiebereichen.
Wo kann ich detaillierte Daten zum Neutronenquerschnitt finden?
Die vollständigen Daten finden sich in Nukleardatenbanken, z. B. im NNDC, sowie in wissenschaftlichen Fachpublikationen.
Können Neutronenquerschnitte für medizinische Anwendungen genutzt werden?
Ja, sie spielen eine wichtige Rolle bei der Neutronentherapie, bei der Krebszellen abgetötet werden, während gesundes Gewebe möglichst wenig Schaden nimmt.
Chin Trento
