Wie funktioniert Neutronenreflexion?

Ich gehe davon aus, dass Sie nach dem "Berylliumreflektor" fragen, den Sie um Reaktorkerne herum oder um Neutronenmoderatoren an Neutronenquellen herum finden.

Du irrst dich in deiner Frage #2. Für thermische Neutronen hat Beryllium einen Einfangquerschnitt$\sigma_\text{capture} = 7.6\,\rm millibarn$und Streuquerschnitt$\sigma_\text{scatter} = 7.6\,\rm barn$, so dass ein thermisches Neutron in Beryllium im Durchschnitt 1000-mal gestreut wird, bevor es eingefangen wird. Bei einigen anderen Kernen ist der Streuquerschnitt ungefähr unabhängig von der kinetischen Energie des Neutrons, während der Einfangquerschnitt proportional dazu ist$1/\sqrt E$, für schnellere Neutronen ist der Unterschied also noch ausgeprägter. Beryllium wird als Neutronenreflektor verwendet, weil es Neutronen streut, ohne sie einzufangen. Der mittlere freie Weg zwischen Streuungen ist$\ell = 1/n\sigma$, Wo$n$ist die Anzahldichte von Berylliumkernen; Ich habe es heute nicht berechnet, aber die Längenskala ist Zentimeter.

Die Wellenfunktion des gestreuten Neutrons ist vorherrschend$s$-Welle. (Sie erinnern sich vielleicht an die „Born-Näherung“ für die Streuung, bei der Sie davon ausgehen, dass die Wellenfunktion des gestreuten Teilchens vollständig ist $s$-Welle; das funktioniert, weil die$p$-Welle und höhere Zustände haben nicht viel Überlappung mit dem Kern.) Die$s$-Wellen-Wellenfunktionen sind kugelsymmetrisch: Im Schwerpunktsystem für das einfallende Neutron und den Beryllium-Streuer ist das gestreute Neutron in jeder Richtung mit gleicher Wahrscheinlichkeit zu finden. Da Beryllium eine Größenordnung schwerer als das Neutron ist, dauert es nur ein paar Streuungen, bevor jegliche Information über die Einfallsrichtung des Neutrons vollständig verloren geht. Die im Beryllium gestreuten Neutronen gehen in alle Richtungen.

Was das bedeutet, ist das auf Distanz$\sim\ell$Von der Oberfläche des Berylliums hat das einfallende Neutron eine 50:50-Wahrscheinlichkeit, umgedreht zu werden und wieder herauszufliegen.

Beryllium ist kein Neutronenreflektor in der Art, wie Spiegel Licht reflektieren (obwohl Neutronenspiegel existieren). Beryllium reflektiert Neutronen so, wie eine Schneewehe Licht reflektiert. Das auf eine Schneebank einfallende Licht wird von den Eiskristallen in eine zufällige Richtung gestreut, aber nicht absorbiert, da die Eiskristalle transparent sind; Der Effekt ist, dass eine Schneewehe im Sonnenlicht blendend hell ist und die gleiche Farbverteilung wie die Sonne hat, aber wenn Sie einen Tunnel in die Schneewehe graben, werden Sie feststellen, dass es dunkler und dunkler wird, je weiter Sie gehen.

Beachten Sie bei der Neutronenmoderation durch Beryllium, dass die Kollisionen elastisch sind; Die Abnahme der Neutronenenergie ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Impulszentrumsrahmen und dem Laborruherahmen. Da Beryllium eine Größenordnung schwerer ist als das Neutron, kostet jede Kollision das Neutron etwa 10 % seiner Einfallsenergie. Wasserstoff ist ein viel besserer Moderator, da die Massen von Proton und Neutron ungefähr gleich sind.