Was passiert mit einem Molekül beim Neutroneneinfang? Setzt der Prozess genug Energie frei, um die Molekülbindung aufzubrechen? Bei der Spaltung ist dies offensichtlich der Fall, da sich der zusammengesetzte Kern bildet und dann mit genügend Energie spaltet, um den Kern zu spalten, geschweige denn das Molekül, in dem er sich befand. Aber was geschah bei einem thermischen Einfangereignis?
Stellen Sie sich zum Beispiel Wassermoleküle mit 2 Protium und 1 Ogygen vor, die mit thermischen Neutronen bombardiert werden. Nach ausreichender Zeit absorbiert eines der Protiums ein Neutron und wird zu Deuterium. Was passiert mit dem Wassermolekül? Wird es HDO oder bricht die D-Bindung und es wird ein freies D+-Ionen- und OH-Paar, bis es sich an etwas klammert, höchstwahrscheinlich ein anderes H2O-Molekül oder an der Wand des Behälters haftet?
Ändert sich das Verhalten, wenn Sie in der Nuklidkarte nach oben gehen? Verhält sich zum Beispiel ein Kohlenstoff-, Eisen- und Uranatom anders? Vorausgesetzt natürlich, das Uranatom spaltet sich nicht.
Willkommen bei physik.SE! Die grundlegende Intuition ist, dass nukleare Energieskalen MeV sind, während chemische Energieskalen eV sind, also erwarten wir nicht, dass molekulare Bindungen einen nuklearen Prozess überleben. Es gibt Fälle, in denen diese Intuition verletzt werden kann, wie in einigen Fällen des Beta-Zerfalls, aber im Allgemeinen ist es richtig.
Ein thermisches Neutron hat im nuklearen Maßstab eine vernachlässigbare Energiemenge. Die bei der Neutron-Proton-Fusion freigesetzte Energie beträgt 2,2 MeV, und diese wird durch Emission eines Gammastrahls freigesetzt. Da das Neutron und das Gamma einen geringen Impuls haben, glaube ich, dass die Rückstoßenergie des Deuteriumkerns auf der eV-Skala liegen wird, sodass es je nach Energie des Neutrons ausreichen kann oder nicht, um die Bindung zu brechen. Das Gamma hat ein starkes und intensiv oszillierendes elektrisches Feld, daher würde ich erwarten, dass es den Wasserstoff auf dem Weg nach draußen ionisiert, aber ich weiß nicht, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist.
Allgemeiner führt Neutroneneinfang häufig zu weiteren Kernreaktionen oder -zerfällen, wie Neutronen- oder Protonenemission, induzierte Spaltung und Alpha-, Beta- oder Gamma-Zerfall. In den meisten Fällen haben diese praktisch garantiert genug Energie, um Bindungen aufzubrechen und Atome zu ionisieren (und sie können das Atom auch in ein anderes Element umwandeln).
Neutroneneinfang auf Proton erzeugt 2,22 MeV Gammastrahlen. Seine Emission erzeugt einen Rückstoß des resultierenden Deuterons. Lassen Sie uns prüfen, wie groß die kinetische Energie des Deuterons als Ergebnis dieses Rückstoßes wäre. Der Impuls von Deuteron wäre gleich dem Impuls von Gammastrahlen (unter der Annahme langsamer Neutronen). Denn 2,2 MeV ist viel kleiner als die Ruheenergie von Deuteron wir könnten einen nichtrelativistischen Ausdruck für die kinetische Energie verwenden:
Übrigens sagt uns diese Zahl auch, dass es wenig Sinn macht, Neutronen vor dem Einfang zu sehr zu verlangsamen: Das Nettoergebnis wäre das gleiche.
Außerdem hat das Elektron des Wasserstoffatoms gute Chancen, beim Deuteron zu bleiben. In der Tat ist die für das Elektron erforderliche Impulsänderung . Dies ist weniger als ein charakteristischer Impuls im Grundzustand: ( der Bohr-Radius ist), und so könnte das Deuteron diesen Impuls übertragen, ohne das Elektron zu verlieren.
Benutzer4552
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