Neutronenflusses

Der Neutronenfluss, oft als φ bezeichnet, ist eine Größe aus der Kernphysik, die angibt, wie viele Neutronen pro Flächeneinheit und pro Zeiteinheit einen bestimmten Bereich durchqueren. Je nach Fragestellung kann er energiespezifisch, richtungsabhängig oder als integrierter (skalarer) Fluss definiert werden.

Es gibt die gerichtete Größe ψ(r,Ω,E,t), die die Anzahl der Neutronen beschreibt, die durch eine Flächeneinheit in Richtung Ω mit Energie E pro Zeiteinheit passieren. Der skalare Fluss φ(r,E,t) ergibt sich durch Integration von ψ über alle Richtungen Ω. Die Energieabhängigkeit ist wichtig, da Neutronen unterschiedlicher Energie verschiedene Wechselwirkungen haben.

Der Transport des Neutronenflusses wird durch die Boltzmann-Transportgleichung (auch Neutronen-Transport-Gleichung) beschrieben. Sie berücksichtigt Streaming, Streuung, Absorption, Spontan- und induzierte Fission sowie Quellterm. In vielen Anwendungen wird sie im Diffusionsbereich vereinfacht, wo der Fluss proportional zur Gradienten der Skalarflussdichte ist (Ficksches Gesetz).

Messung: Der Neutronenfluss wird oft mit Detektoren wie Fissionskammern, He-3- oder BF3-Proportionalzählern gemessen; Aktivierungsmethoden oder Szintillationsdetektoren kommen ebenfalls zum Einsatz. Die Einheiten sind Neutronen pro Quadratcentimeter pro Sekunde, häufig mit Energieauflösung in eV oder MeV. Typische Flusswerte variieren stark: in Reaktoren liegen sie oft zwischen 10^12 und 10^14 n cm^-2 s^-1, in Moderations- oder Experimentsfeldern weichen sie deutlich ab.

Anwendungen: Neutronenfluss ist zentral in der Reaktorkerntechnik, der Abschirmung, der Neutronenaktivierungsanalyse und der neutronenbasierten Bildgebung. Erfassung und Vorhersage des Flusses ermöglichen Sicherheitsbewertungen, Leistungsoptimierung und Materialdiagnose.