Was passiert mit dem Elektron, wenn ein Neutron ein Proton vom Wasserstoffatom abschlägt?

In Rückstoß-Protonen-Szintillatoren wirkt der Wasserstoff als Neutronenkonverter, um Protonen zu erzeugen, wenn ein Neutron auf ein H-Atom trifft. Aber was passiert mit dem Elektron im H-Atom? Wo geht es hin? Bleibt es ein freies Elektron?

Naiverweise würde ich denken, dass es von einem anderen Molekül im Szintillator eingefangen würde und dieses Molekül zu einem Ion machen würde. Aber die Szintillatorphysik liegt weit außerhalb meines Fachwissens.
Tatsächlich, wenn Sie ein Wasserstoffatom haben und es mit einem Neutron kollidiert, um ein Proton und ein Elektron zu erzeugen, rekombinieren das Proton und das Elektron dann nicht, um wieder Wasserstoff zu erzeugen?
@CinaedSimson - in der Tat wird sich mit der Zeit höchstwahrscheinlich ein Elektron verbinden. Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um das ursprüngliche Elektron handelt, ist ziemlich gering, aber das hängt von der Rückstoßenergie ab.
Befindet sich am Ende des Szintillators eine Fotovervielfacherröhre? Wie erkennen sie ein Ereignis elektronisch?
@CinaedSimson ja, am Ende des Szintillators befindet sich ein Photomultiplier. Aber womit würde sich das Elektron verbinden? Das Rückstoßproton unterstützt die Erzeugung eines Photoelektrons, wenn es mit einem Szintillationsmolekül wechselwirkt
Ich würde vermuten, dass das Elektron sich der Elektronenparade zum PM anschließen würde? Aber das lässt immer noch Protonen herumliegen. Ich habe also eine andere verwandte Frage: Schwebt der Detektor während der Datenerfassung elektrisch relativ zur Erde und wird er nach dem Datenlauf wieder mit der Erde verbunden, damit Elektronen in den Detektor zurückfließen können?
@CinaedSimson Szintillatoren machen Licht ; freie Ladungen in einem Szintillator werden nicht in einen nachweisbaren Strom umgewandelt. Sie denken an so etwas wie einen Siliziumstreifen oder einen anderen Halbleiterdetektor.

Antworten (2)

Angesichts der Tatsache, dass die Ionisierungsenergie in einem Festkörper in der Größenordnung von einigen eV liegt und die Energie des einfallenden Neutrons (und des Rückstoßprotons) in der Größenordnung von mehreren MeV liegt, gibt es viel mehr als das anfängliche Elektron, um das man sich Sorgen machen muss. Das Rückstoßproton verursacht im Detektor einen Schauer ionisierter Teilchen. Es ist die Rekombination dieser Millionen von Elektron-Ionen-Paaren, die die Photonen erzeugt, die wir mit der Photomultiplier-Röhre "sehen".

Ich glaube also nicht, dass Sie mit Sicherheit sagen können, was mit dem ursprünglichen Elektron passiert. Es springt einfach im Gitter herum, bis es schließlich ein Orbital findet, das es sein Zuhause nennen kann.

Szintillatoren bestehen im Allgemeinen nicht aus reinem Wasserstoff; der Wasserstoff ist entweder kovalent an ein großes Molekül gebunden oder anderweitig in die Kristallstruktur des Festkörpers eingebunden.

Wenn einfallende Strahlung, beispielsweise ein Neutron, ein Proton freischlägt, lässt das Proton im Allgemeinen sein zugehöriges Elektron zurück. Bei organischen Szintillatoren, die auf diese Weise reagieren, würde sich ein großes neutrales Molekül aufgrund des fehlenden Protons in ein etwas weniger großes Molekül mit negativer Nettoladung verwandeln. Ein kristalliner Szintillator, der einem Protonenrückstoß ausgesetzt war (obwohl ich nicht sicher bin, ob es so etwas gibt), würde für einige Zeit ein zusätzliches Elektron am Ort des Rückstoßes haben. Die Relaxation dieser beiden Prozesse zurück zum Gleichgewicht ist im Allgemeinen das, was das Szintillationslicht erzeugt, das tatsächlich Ihren Detektor erreicht.

Danke, das macht es deutlich! Angenommen, ich habe einen nicht-szintillierenden wasserstoffhaltigen Neutronenkonverter wie PMMA, der an einem nicht-wasserstoffhaltigen Szintillationskristall befestigt ist, würde das PMMA im Laufe der Zeit eine negative Nettoladung entwickeln, wenn es mit Neutronen bestrahlt wird, richtig?
Um eine negative Nettoladung zu entwickeln, müssten Ihre Neutronen Protonen vollständig aus dem Szintillator ausstoßen. Das hängt davon ab, wo im Szintillator die Neutroneneinfänge stattfinden und von der Reichweite der getroffenen Protonen. Wenn Ihr Szintillator nicht sehr dünn ist, würde ich nicht erwarten, dass dies ein Problem darstellt - aber es ist wirklich eine Frage, die durch Modellieren beantwortet werden muss.
Was passiert mit dem Elektron, wenn ein Neutron ein Proton vom Wasserstoffatom abschlägt?
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