Absorptionsquerschnitt

Absorptionsquerschnitt, σ_a, ist eine Größe, die die Wahrscheinlichkeit einer Absorptionswechselwirkung angibt, wenn ein Teilchen durch ein Material hindurchgeht. Für einen Strahl identischer Teilchen mit der Teilchendichte n in einem homogenen Medium gilt: Der transmittierte Intensitätsverlauf ist I(x) = I0 exp(-n σ_a x).

Der makroskopische Absorptionsquerschnitt wird mit Σ_a = n σ_a definiert. Die Einheiten von σ_a sind Quadratmeter (m^2) oder barns (1 barn = 10^-28 m^2); Σ_a hat die Einheit 1/m und wird oft über das Verhältnis μ = Σ_a als Abschwächungskoeffizient geschrieben, so dass I = I0 exp(-μ x).

Der Absorptionsquerschnitt hängt von der Energie des Teilchens ab und lässt sich in Teilquerschnitte für verschiedene Reaktionskanäle unterteilen (z. B. Photoabsorption, Neutronenaufnahme). In der Kern- und Teilchenphysik ist σ_a Bestandteil des Gesamtspektrums σ_tot = σ_s + σ_a + ..., wobei eine absoprtionsträchtige Prozess das Teilchen aus dem ursprünglichen Strahl entfernt, während Streuprozesse das Teilchen umleiten oder verändern, ohne absorbiert zu werden.

Bei Photonen zeigt der Photoabsorptionsquerschnitt Resonanzen und Grenzwerte (K-Kante, L-Kante), die mit der Atomstruktur zusammenhängen; bei Neutronen nimmt σ_a in vielen Isotopen bei thermischen Energien ungefähr mit 1/v zu, was Auswirkungen auf Reaktorberechnungen hat.

Praktisch dienen Absorptionsquerschnitte der Auslegung von Abschirmungen, der Bestimmung von Detektor-Effizienz und der Modellierung von Reaktoren. Sie werden durch Transmissionsexperimente oder Aktivierungsverfahren gemessen und stehen in Beziehung zum Massenabschattungskoeffizienten μ/ρ über μ/ρ = N_A σ_a / A, wobei A die molare Masse des Materials ist.