WikiDer > Neutroneneinfang

Karte des Neutroneneinfangs

Von Neutroneneinfang fängt ein ein Neutron durch eine Atomkern verstehen.

Manchmal führt dies zu einem neuen, stabilen Isotop des Atoms, es kann aber auch zur Bildung von radioaktive Isotope oder ein Kernspaltung zur Folge haben. Beim Einfangen eines Neutrons tritt der Kern normalerweise nicht sofort in die Grundzustand zu Recht, aber in a aufgeregter Zustand. Die überschüssige Energie wird in Form von . freigesetzt gamma Strahlen (Photonen) oder wird in Form eines Sekundärpartikels freigesetzt (z. B. a Proton).

Ein aufgeregter Kern gibt oft a Gammaphoton um die erhöhte Energie loszuwerden. Denn der gebildete Kern hat oft a Neutronenüberschuss kommt auch oft vor Betastrahlung An; es wird ein Elektron mit sehr hoher Energie emittiert und die Anzahl der Protonen daher um eins erhöht. Durch den Beschuss von Materialien mit Neutronen können Elemente mit höherem Ordnungszahlen produziert werden. Dieser Prozess findet auch im Mantel von Sternen statt und ist für die Bildung schwererer Elemente verantwortlich als bei Kernfusion entstehen könnte.

Im Dezember 1938 abgeschlossen Otto Hahn und sein Assistent Fritz Straßmann eine Reihe von Experimenten. Durch Uran von Neutronen Durch Beschuss versuchten sie, Elemente mit höheren Ordnungszahlen zu erhalten. Beim Beschuss von Uran entdeckten sie, dass es radioaktive Isotope enthält Barium (Ordnungszahl 56) entstanden. Die einzige Erklärung für die Bildung eines so großen Fragments war der Zerfall des angeregten Kerns in ungefähr gleiche Stücke. Lise Meitner, ein ehemaliger Mitarbeiter und theoretischer Physiker, bestätigte, dass diese Möglichkeit die richtige Erklärung für die Bildung dieses Bariumisotops sein muss. Damit ist das Prinzip der Kernspaltung entdeckt. 1944 erhielt Otto Hahn den Nobelpreis für Chemie.

Stabilität eines Kerns

Ein Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv geladen und stoßen sich daher ab. Die Neutronen sind ungeladen. Im Kern ist eine weitere Kraft am Werk, die starke Kernkraft, was attraktiv ist. Diese Kraft wirkt zwischen allen Kernteilchen (Neutronen und Protonen). Das Hinzufügen von Neutronen zu einem Kern kann daher den Kern stabiler machen. Ein Kern mit mehr als einem Proton ist nur dann stabil, wenn genügend Neutronen vorhanden sind. Es ist jedoch nicht so, dass eine größere Anzahl von Neutronen immer stabilisierend wirkt; ist die Neutronenzahl zu groß, wird auch der Kern instabil.

Es gibt noch einige Regeln für die Kernstabilität:

• Gerade-Gerade-Regel - Wenn der Kern sowohl eine gerade Anzahl von Protonen als auch eine gerade Anzahl von Neutronen hat, ist der Kern stabiler. Dies wird erklärt durch Spinne.
• Die magische Zahlen 2, 8, 20, 28, 50, 82 und 126. Wenn diese Anzahl von Protonen oder Neutronen auftritt, ist der Kern stabiler. Dies wird durch andere quantenmechanische Symmetrieüberlegungen erklärt.^[1]

Beispiele für Neutroneneinfang

Fangquerschnitt von zwei Borisotopen

Bohren kommt in der Natur in zwei verschiedenen Isotopen vor, ¹⁰B und ¹¹B. Der erste tritt zu etwa 20 % auf, der andere zu 80 %. ¹⁰B kann ein Neutron einfangen und wird dann zu ¹¹B.

Kohlenstoff hat auch zwei stabile Isotope: ¹²C und ¹³C. Letzteres tritt bei etwa 1% auf. ¹³C kann ein Neutron einfangen und bildet sich dann ¹⁴C. Dies ¹⁴C wird mit dem verwendet Kohlenstoff-Datierung. Die hier beschriebene Reaktion ist übrigens nicht die in der Natur am häufigsten anzutreffende Reaktion ¹⁴C wird gebildet. Es besteht hauptsächlich aus ¹⁴n. Dieses Isotop kann auch ein Neutron einfangen, das kosmische Strahlung wurde veröffentlicht. Beim Einfangen wird ein Proton emittiert und es heißt ¹⁴C gebildet.

Uran ist das bekannteste Beispiel für ein Element mit einem Isotop, das durch Neutroneneinfang gespalten werden kann. Das Isotop ²³⁵SIE kann ein Neutron einfangen und dann so heftig vibrieren, dass sich der Kern in zwei ungefähr gleiche Teile aufspaltet. Bei dieser Spaltung werden auch Neutronen und instabile Kerne aufgrund des Neutronenüberschusses an den beiden gebildeten Kernen freigesetzt. Das nennt man Kernspaltung und bildet die Grundlage für die Operation von a Kernkraftwerk.

Fangquerschnitt

Neutroneneinfang ist ein klares quantenmechanische Prozess. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kern ein Neutron einfängt, wird oft als Einfangdurchmesser (wirksamer Querschnitt). Dies entspricht dem Querschnitt, den der Kern haben müsste, wenn Kern und Neutron beide "harte Kugeln" wären, um die beobachtete Einfangwahrscheinlichkeit zu ergeben. Eine größere Chance des Einfangens bedeutet dann einen größeren Durchmesser des Kerns.

Es zeigt sich, dass dieser Einfangquerschnitt stark von der Energie (Geschwindigkeit) des Neutrons abhängt. Neutronen bestimmter Energien haben eine hohe Einfangwahrscheinlichkeit, während einige eV die Wahrscheinlichkeit mehr oder weniger stark reduzieren.^[2] Dies deutet bereits darauf hin, dass dieser Vorgang mit der klassischen Physik nicht erklärt werden kann. Die Spitzen im Fangquerschnitt heißen Resonanzen.

Anwendungen

Neben dem bereits erwähnten Kernspaltungsbeispiel ist der Neutroneneinfang bei friedlichen Anwendungen der Kernenergie meist auch unerlässlich, um den Ablauf der Kettenreaktion zu kontrollieren: Der Einfang des Neutronenüberschusses verhindert, dass die Reaktion aus dem Ruder läuft. Zu diesem Zweck werde Kontrollstäbe in den Reaktor, die aus einem Material mit großem Wirkungsquerschnitt für Neutroneneinfang bestehen, ohne dass die Atomkerne selbst zerfallen (u.a. Cadmium und Bohren eignen sich dafür).

Eine andere Anwendung ist Neutronenaktivierung.