Fallen Neutronen auf den Erdmittelpunkt?

Um einige Daten zu den obigen Kommentaren hinzuzufügen, hier ist ein Diagramm (von ENDF ) für O-16 des Querschnitts gegen die Neutronenenergie für alle Neutronenwechselwirkungen (blau) und nur den Neutroneneinfang, um O-17 (grün) zu erzeugen:

Sicherlich werden Neutronen bei niedrigen Energien viele andere Dinge tun, als absorbiert zu werden. Was sie hauptsächlich tun, ist elastische Streuung (der Versuch, den elastischen Streuquerschnitt zu zeichnen, führt zu einer Linie direkt über dem Gesamtquerschnitt über 1 MeV hinaus - das sind logarithmische Skalen). Aber bei wirklich niedrigen Neutronenenergien beträgt der Wirkungsquerschnitt für die Absorption immer noch etwa 0,01 Scheunen. Jetzt sind Gesteine ​​​​hauptsächlich Oxide und Feststoffe sind normalerweise ein paar$10^{22}$Atome/cm$^{2}$, nehmen wir also einen durchschnittlichen Stein als$10^{22}$/cm$^{3}$von O-16. Ab einem Querschnitt von 0,01 Scheunen ($10^{-26}$cm$^{2}$), müsste ein Neutron etwa 100 Meter (Gesamtweglänge) zurücklegen, bevor es absorbiert wird.

Ich überlasse es dem Leser als Übung, festzustellen, ob ein thermisches Neutron so weit reisen wird, bevor seine 10-minütige Lebensdauer als freies Neutron abgelaufen ist oder nicht.

Da bei der elastischen Streuung der Querschnitt bei den niedrigsten Energien um 4 Größenordnungen höher ist, geht das Neutron etwa 1 cm vor der Streuung. Da das Neutron leichter als ein Kern ist, kann es kinematisch in alle Richtungen streuen. Wenn man dies als 3D-Random-Walk schätzt, führt diese Gesamtpfadlänge von 100 Metern zu einer viel kleineren Nettobewegung, weniger als 10 Metern.

Kosmische Strahlung erzeugt freie Neutronen durch Spallation von Kernen in der Erdatmosphäre, der Erdkruste und dem tiefen Inneren der Erde. Nicht viele kosmische Strahlen erreichen das tiefe Innere, weil die Erde ein ziemlich guter Schutzschild ist.

Festes Gestein ist für Neutronen aus dem gleichen Grund undurchlässig, aus dem Wolken für Licht undurchlässig sind. Bedenken Sie, dass Sturmwolken aus Wassertropfen und Eiskristallen bestehen, die fast vollständig durchsichtig sind. Warum wird es dann unter einer Gewitterwolke dunkel? Die Wassertröpfchen und Eiskristalle in der Wolke sind sehr effiziente Lichtstreuer , und so wird Licht überall in der Wolke in eine zufällige Richtung neu ausgerichtet, genauso wahrscheinlich, dass es zurück zur Sonne geht, als auch weiter nach unten zum Boden. Wenn die Wolke immer dicker wird, wird der Anteil des Sonnenlichts, der bis zum Boden der Wolke diffundiert, immer kleiner. Wolken blockieren das Sonnenlicht (auf der Erde) nie vollständig, aber unser größtenteils transparenter Ozean hat die bathypelagische Zone , in die kein Sonnenlicht eindringt.

Die mittlere freie Weglänge eines Neutrons im Gestein hängt von der chemischen Zusammensetzung des Gesteins und der Wahrscheinlichkeit ab, dass die Neutronen eingefangen werden, im Vergleich zur Streuung von jeder chemischen Spezies im Gestein und ihrer Dichte. Aber bedenken Sie, dass ein Kernreaktor, der viele freie Neutronen enthält, effektiv durch Dutzende Meter (nicht Hunderte Meter) Wasser und Beton abgeschirmt ist. Die mittlere freie Weglänge eines Neutrons im Untergrund beträgt eher zehn Meter als einen Kilometer. Neutronen von der Oberfläche werden nicht in den Erdkern diffundieren.

Ein Neutron, das nach oben aus der Erdoberfläche austritt, wird so oft gestreut worden sein, dass es ungefähr die gleiche Temperatur wie die Erdoberfläche hat, und sich daher wie ein Bestandteil der Erdatmosphäre verhalten wird . Die Skalenhöhe für atmosphärische Neutronen entspricht eher der Skalenhöhe für Wasserstoff und Helium als der Skalenhöhe für Stickstoff oder Sauerstoff, sodass die Neutronen in die Exosphäre diffundieren können. Der Bruchteil der bodennahen atmosphärischen Neutronen, die in die Exosphäre entweichen, bevor sie zerfallen oder eingefangen werden (hauptsächlich durch Stickstoff), wäre eine nette Hausaufgabe.