Neutronenverhalten

Neutronenverhalten beschreibt das Verhalten von Neutronen beim Durchtritt durch Materie, einschließlich ihrer Bewegungen, Geschwindigkeiten und der Wechselwirkungen mit Atomkernen. Neutronen sind elektrisch neutral, haben eine Masse nahe der des Protons und besitzen Spin 1/2. Da sie keine Ladung tragen, unterscheiden sie sich von geladenen Teilchen in ihrer Durchdringung und zeigen Wechselwirkungen vor allem über die starke Kernkraft auf kurzen Reichweiten sowie über ihren magnetischen Moment in magnetisierten Materialien.

Wesentliche Prozesse sind elastische Streuung, inelastische Streuung, Absorption (Kernabsorption) sowie Spaltung in geeigneten Isotopen. Elastische Streuung ändert Richtung und Energie der Neutronen; inelastische Streuung überträgt Energie auf Kerne. Absorption entfernt Neutronen aus dem Strahl und kann zu Gammastrahlung oder Kernreaktionen führen; Spaltung setzt neue Neutronen frei und ist zentral für Kernreaktoren.

Die Verteilung von Energie und Richtung der Neutronen wird durch die Transportgleichung beschrieben. Der mittlere freie Weg λ = 1/(N σ_t) hängt von der Teilchenzahl N im Material und dem Gesamtkreuzabschnitt σ_t ab. Man unterscheidet schnelle Neutronen im MeV-Bereich und thermische Neutronen mit Energien von etwa 0,025 eV; die Moderation durch Wasser, Kohlenstoff oder Graphit reduziert die Energie. In der Kerntechnik steuert der Multiplikationsfaktor k_eff, der aus dem Verhältnis der produzierten zu den verzehrten Neutronen resultiert, die Kritikalität einer Kette.

In der Materialwissenschaft ermöglichen Neutronenbeugung, SANS (Kleinwinkelstreuung) und Neutronenreflexion die Bestimmung von Struktur- und Magnetanordnungen. Neutronenquellen liefern Strahlung; Detektoren wie Helium-3- oder Bor-Borid-Detektoren werden eingesetzt. Schutz vor Neutronen erfordert geeignete Abschirmung und Dosimetrie.