Neutronenflüsse

Neutronenfluss, auch Neutronenflussdichte genannt, bezeichnet die mittlere Anzahl von Neutronen, die eine Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung pro Zeiteinheit durchqueren. In Kerntechnik und Strahlenphysik wird der Flux üblicherweise in Einheiten von Neutronen pro Quadratzentimeter pro Sekunde (cm^-2 s^-1) angegeben. Er kann als Gesamtheit oder als differenzierter Flux betrachtet werden, der die Abhängigkeit von Energie und Richtung erfasst.

Es gibt unterschiedliche Formen des Neutronenflux. Der differenzielle Flux φ(E, Ω, r, t) beschreibt, wie viele Neutronen pro Energieintervall, pro Richtungswinkel und pro Zeit durch eine Fläche gehen. Der integrierte bzw. gemessene Flux erhält sich, indem man den differenziellen Flux über Energie und Richtung aufsummiert. Die zeitliche und räumliche Verteilung des Flusses hängt von der Geometrie, dem Quelltyp, Materialien sowie Moderation und Abschirmung ab. Aus dem Flux lassen sich Reaktionsraten bestimmen: die Reaktionsrate R in einem Zielbestand ist proportional zum integral des Produkts aus Flux und Querschnitt σ(E) über das Energiedspektrum, multipliziert mit der Anzahl der Zielatome.

Messung und Detektoren: Neutronenfluss wird mit Detektoren wie Fissionskammern, He-3- oder BF3-Proportionalzählern, Szintillationsdetektoren und Aktivierungsfolien gemessen. Je nach Detektortyp erhält man direkte Zählraten oder Aktivierungssignaturen, aus denen sich der Flux durch bekannte Detektorantworten ableiten lässt. Zur Bestimmung des Energietriggers verwendet man mehrkanalige Detektoren oder Spektral unfolding.

Anwendungen: In Reaktoren bestimmt der Fluss die Leistungsabgabe und die Verteilung der Brennstoffaktivität. Im Strahlenschutz dient der Flux zur Abschätzung der Dosisbelastung. In Materialforschung beeinflusst der Flux Transmutations- und Struktureffekte. Quellen des Neutronenflusses sind Spaltung, Fusion oder Spallation, oft nach Moderation in Thermal- oder Epithermalbereich transformiert.