Schützen oder reduzieren molekular begrenzte Systeme die Wirkungsquerschnitte von Neutronen?

Wenn es um Neutronenquerschnitte geht, untersucht die Literatur normalerweise Einzelfälle von Neutron + Atom. Hier dominiert die Fülle an Wasserstoff die Neutronenflüsse durch das Material.

Ich frage mich, ob sich die Reflexions- oder Einfangwahrscheinlichkeit von Neutronenstrahlung ändert, wenn der Fluss ein System von (organischen) Molekülen durchdringt. Ich kann mir zwei Effekte vorstellen, die möglicherweise den Neutronenquerschnitt für gebundenen Wasserstoff verringern:

  1. Das dichte Gitter aus organischem Material (gefaltete Proteine ​​usw., stellen Sie sich einen dicken Baum oder eine Menschenmenge vor) könnte in der Lage sein, ihre Wasserstoffatome davor zu schützen, von Neutronen getroffen zu werden. Angenommen, organisches Material ist viel dichter (Kerne / Volumen) als andere Materialien wie Erde, Gestein.

  2. Neutronen sind nicht in der Lage, ihre gesamte Energie auf den Wasserstoffkern zu übertragen, wenn dieser elektrisch gebunden ist (p ist an sein Elektron gebunden, das an die Elektronen des Molekülsystems gebunden ist, was der Bewegungsfähigkeit der Protonen Trägheit verleiht). Schlussfolgerung, dass die Fähigkeit, Neutronen zu verlangsamen, im Vergleich zu freiem Wasserstoff verringert ist.

Ist dies völliger Unsinn oder könnte es einen messbaren Einfluss auf die Neutronenflüsse geben, wenn (a) nicht-organisches oder (b) organisches Material verwendet wird, das die gleiche Menge an Wasserstoff enthält?

Thermalisieren von Neutronen zur Herstellung von Deuterium Ich erinnere mich, dass wir Wannen mit Wasser oder Paraffin verwendet haben, und die Dichte war alles, was wirklich zählte, oder die Menge an Wasserstoff pro Kubikzentimeter.

Antworten (3)

Im Wesentlichen nein.

Da das Neutron neutral ist, interagiert es nur magnetisch mit Elektronen, und Einschränkungen durch gebundene Elektronen unterdrücken dies sehr stark. Für ein Neutron sieht ein Atom also meistens wie ein Kern aus, der im Weltraum sitzt.

Ebenso wird die elektromagnetische Wechselwirkung des Neutrons mit dem Kern stark unterdrückt.

Bleibt die starke nukleare Wechselwirkung, die eine Reichweite in der Größenordnung von hat ≈ 10 − 15 M .

Vergleichen Sie nun die Größe von Atomen ( ≈ 10 − 10 M ) mit dem der Kerne ( ≈ 10 − 14 M ). Beachten Sie nun, dass die Querschnittsfläche durch das Quadrat dieses Verhältnisses geht.

Das Ergebnis ist, dass selbst in einem sehr großen und komplizierten Molekül wie einem Protein die „äußeren“ Atome die „inneren“ nur sehr, sehr wenig abschirmen.

(1) Natürlich ist die Wechselwirkung von Neutronen nur durch Kollision mit dem Kern und nicht elektromagnetisch. Ich meinte, dass das Proton/Kern den Neutronenimpuls möglicherweise nicht übernehmen kann, weil es dann auch seine Elektronenhülle beschleunigen muss, die an andere Moleküle gebunden ist.
(2) Die Wahrscheinlichkeit, einen Kern zu treffen, ist also gering, aber ebenso wenig wie die Wahrscheinlichkeit, einen Wasserstoffkern zu treffen. Dann macht eine doppelte Materialdichte keinen Unterschied im Neutronenfluss?
Ich muss warten, um eine richtige Antwort zu formulieren, aber kurze Versionen ... (1) hängt stark von den beteiligten Energien ab, aber bei den meisten Skalen ist das kein Problem - es könnte Skalen geben, wo es ist ( 2) Der Neutronenquerschnitt skaliert grob nach dem Quadrat des Kernradius, also nach Kernmasse zu 2/3, was bedeutet, nach Dichte zu 2/3.

Aus energetischer Sicht sieht ein freies Neutron einen Kern als einen dreidimensionalen quadratischen Schacht mit einer Tiefe von 5-10 MeV. Das Vorhandensein oder Fehlen von thermischen Milli-eV-Oszillationen oder molekularen Bindungen im eV-Maßstab kann die Details der Form dieses Potentialtopfs ändern, aber im Allgemeinen ist die Änderung viel weniger wichtig als die Unsicherheit in der Energie oder dem Impuls des Neutrons.

Es gibt ein paar Ausnahmen. Die Neutronenbeugung an einem Kristall unterscheidet sich stark von der Neutronenstreuung an einem Gas aus demselben Material; Aus den gleichen Gründen würde sich die Neutronenbeugung an festem Wasserstoff oder festem Sauerstoff stark von der Neutronenbeugung an Wassereis unterscheiden. In einigen Systemen mit sehr geringer Zustandsdichte (am bekanntesten Parawasserstoff) haben sehr kalte Neutronen nicht genug Energie, um molekulare Übergänge anzuregen, und haben daher einen viel geringeren Streuquerschnitt als Neutronen mit höherer Energie. Absorptionsquerschnitte werden jedoch im Allgemeinen (und vernünftigerweise) als vollständig unabhängig von der Umgebung des absorbierenden Kerns behandelt.

Ich nehme an, es ist wahrscheinlich, dass ein Kernisomer (dh ein langlebiger angeregter Kernzustand) einen anderen Neutroneneinfangquerschnitt hat als der Grundzustand desselben Kerns.

Kennen Sie veröffentlichte Arbeiten in diesen Unterschieden und wie groß sie sind? Besonders interessiert mich der Unterschied zwischen der Neutronenstreuung (dh elastischen Querschnitten) von Neutronen im Vergleich der Materialien: (1) flüssiges Wasser, (2) festes Wasser (Schneedecke), (3) Wasserdampf, (4) organische Moleküle. Unter der Annahme, dass alle Materialien die gleiche Anzahl an Wasserstoff enthalten, um wie viel würden die Moderationslängen unterschiedlich sein?
Eine Websuche offenbart eine große Literatur; Ich schlage vor, dass Sie eine Folgefrage konstruieren, wenn Sie nicht finden können, wonach Sie suchen.

http://www.ncnr.nist.gov/resources/activation/
Das Laufenlassen der Zahlen legt nahe, dass Zusammensetzung, Dichte und Pfadlänge reale Beobachtungen berücksichtigen
http://www.sbfisica.org.br/bjp/files/v35_850.pdf
mit einer Foonote
http://en.wikipedia.org/wiki/Small-angle_neutron_scattering
oder zwei, die alle damit übereinstimmen, dass nur Kerne für heiße Neutronen wichtig sind.
http://www.fys.ku.dk/~willend/Neutron1_4.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_form_factor#Magnetic_scattering
Magnetische Neutronengitterstreuung hat niedrige Energien, die kleine Fußnoten in Form von Sachleistungen aufdecken, insbesondere atomare Formfaktoren von äußeren Elektronenhüllen. Wenn Sie experimentieren möchten, vergleichen Sie C_nH_2n: Polyethylen hoher Dichte d = 0,97 g/cm^3 mit TPX Polymethylpenten d = 0,83 g/cm^3.

Schützen oder reduzieren molekular begrenzte Systeme die Wirkungsquerschnitte von Neutronen?
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