Neutronfangst er en type kernereaktion, hvor kernen af et atom kombineres med en neutron og danner en tungere kerne:
( A , Z ) + n → ( A +1, Z ) + y .Neutronen kan nærme sig kernen selv ved næsten nul kinetisk energi, da den er elektrisk neutral, i modsætning til den positivt ladede proton, som kun kan fanges ved en tilstrækkelig høj energi til at overvinde den elektrostatiske frastødning.
Processen med interaktion af en kerne med en neutron er af en sandsynlig karakter og kan forekomme i henhold til tre hovedskemaer:
Hvert af de mulige scenarier har sin egen sandsynlighed, karakteriseret ved interaktionstværsnittet . Tværsnittene afhænger af kernens sammensætning og neutronens kinetiske energi.
Som et resultat af neutronindfangningsreaktionen dannes en tungere isotop af det samme kemiske element som regel i en exciteret tilstand. Exciterede tilstande, hvis excitationsenergi er mindre end bindingsenergien for en partikel eller gruppe af partikler i en given kerne, kaldes bundet . I dette tilfælde kan excitationen kun fjernes ved emission af en eller flere gammastråler . Tilstande med en excitationsenergi større end partiklernes bindingsenergi kaldes kvasistationære . I dette tilfælde kan kernen udsende en partikel eller en gammastråle. Tunge kerner kan spaltes . Spaltningssandsynligheden efter neutronfangst betragtes ofte separat fra indfangningssandsynligheden, når vi taler om fissionstværsnittet .
Den isotop, der dannes som følge af neutronfangst, kan være både stabil og ustabil (radioaktiv). Aktivering af materialer ved neutronbestråling (især i atomreaktorer ) er en væsentlig kilde til radioaktivt affald .
Typiske tværsnit for termisk neutronindfangning af kerner er i størrelsesordenen 1 lade (tæt på kernens geometriske tværsnit), dog for nogle nuklider afvigelser i flere størrelsesordener mod både en stigning og et fald i indfangningskrydset afsnit er overholdt. Indfangningstværsnittene for hurtige neutroner er meget mindre; når energien stiger, falder tværsnittet i omvendt proportion med neutronhastigheden.
Fangst tværsnit af kendte stoffer for lavenergineutroner (de såkaldte "termiske" neutroner)
Fangst tværsnit for bor-10 (øverste graf) versus neutronenergi. På grund af dets meget store indfangningstværsnit for lavenergineutroner, er bor-10 meget brugt til at kontrollere kædereaktioner i termiske neutronatomreaktorer.
Tunge kerners evne til at fange en neutron med efterfølgende henfald (fission) er hjørnestenen i nuklear teknologi .
Fissionstværsnit af kendte stoffer til termiske neutroner
I løbet af de første par minutter efter Big Bang blev alle neutroner produceret af baryogenese enten fanget af protoner (for at danne deuteroner ) eller henfaldt . Målinger af den primære overflod af lette elementer (deuterium, helium, lithium) gør det muligt at studere denne periode af det tidlige univers.
Neutronfangst er meget vigtigt for processen med nukleosyntese af grundstoffer, der er tungere end jern. Der er 2 typer indfangninger: en hurtig r-proces (der finder sted ved en høj neutrontæthed, når beta-radioaktive kerner - indfangningsprodukterne når ikke at henfalde før næste neutronfangst) og en langsom s-proces (i i dette tilfælde er optagelseshastigheden mindre end beta-henfaldshastigheden).