Volumenquerschnitt

Der Volumenquerschnitt, in der Fachliteratur oft als makroskopischer Querschnitt Σ bezeichnet, ist eine Größe der Transport- und Strahlenphysik, die die Wahrscheinlichkeit beschreibt, mit der ein Teilchen beim Durchqueren eines Materials wechselwirkt. Im Gegensatz zum Flächenquerschnitt σ, der pro Zielteilchen gemessen wird, fasst der Volumenquerschnitt die Wechselwirkung pro Längeneinheit eines Mediums zusammen und hat die Dimension 1/L (SI: m^-1).

Er ergibt sich aus dem Produkt aus mikroskopischem Querschnitt σ und der Teilchendichte N des Mediums: Σ = N σ. Für mehrere Wechselwirkungsarten oder Materialien gilt Σ = Σ_i N_i σ_i. Die Wahrscheinlichkeiten, dass ein Teilchen in einer Wegstrecke dl wechselwirkt, ist dP = Σ dl. Die Gesamtwahrscheinlichkeit nach einer Strecke L ist P = 1 − exp(−Σ L). Bei kleinen P gilt P ≈ Σ L. In der Praxis wird der Volumenquerschnitt oft synonym mit makroskopischem Querschnitt Σ verwendet und als Gesamtreferenzgröße für die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung genutzt.

Anwendungen finden sich in der Neutronen- und Strahlungsphysik, im Strahlenschutz, in der Reaktorgeometrie, der medizinischen Physik und in Monte-Carlo-Simulationen. Die Größe hängt stark vom Medium, der Teilchenart und der Energie ab und wird typischerweise als Funktion von E angegeben: Σ(E) = ∑_i N_i σ_i(E). Die Konzepte ermöglichen es, Abstands- und Durchdringungsgrade von Strahlung in Materialien abzuschätzen.