Spallationsreaktionen

Spallationsreaktionen sind Nuklearreaktionen, bei denen Hochenergie-Projektile wie Protonen, Neutronen oder schwere Ionen auf schwere Zielkerne treffen und der Zielkern durch Abtragung mehrerer Nukleonen fragmentiert wird. Das Resultat ist meist ein leichterer Residualkern sowie die Freisetzung von Neutronen, Protonen, Heliumkernen, leichten Fragmenten und oft auch Pionen. Die Reaktionsenergien liegen typischerweise im Bereich von mehreren Hundert MeV bis GeV pro Nukleon.

Der Ablauf wird häufig als zweistufiges Prozessbild beschrieben. Zunächst erfolgt eine intranukleare Kaskade, bei der das eindringende Teilchen und die innerhalb des Zielkerns timings mehrere Streuungen verursachen und der Kern stark angeregt wird. Anschließend erfolgt die Deexcitation durch Evaporation von Nukleonen und leichten Fragmenten oder, bei größeren Anregungen, durch Fragmentierung des Restkerns. Das Spektrum der Produkte ist breit und hängt von der Kollisionsperipherie sowie der Energieregion ab.

Spallationsreaktionen spielen eine zentrale Rolle in verschiedenen Anwendungen. Als Neutronenquellen werden sie in spallationären Anlagen genutzt, z. B. für Forschungs-Neutronenquellen. Sie ermöglichen auch die Herstellung von Radioisotopen für Medizin und Industrie sowie die Beschleunigung von Transmutationsprozessen radiologisch belasteter Abfälle in beschleunigergetriebenen Systemen. In der Astrophysik tragen kosmische Strahlungskollisionen zur Entstehung leichter Elemente wie Lithium, Beryllium und Bor bei. Zur Modellierung werden Transport- und Reaktionscodes eingesetzt, die Modelle wie Intranukleare Cascade und Evaporation/Fragmentierung berücksichtigen.