Neutronenfluss

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Die physikalische Größe Neutronenfluss oder gleichbedeutend[1][2] Neutronenflussdichte ist die Anzahl der pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit hindurchtretenden (freien) Neutronen. Sie kann auch als das Produkt aus der Neutronendichte (z. B. in Neutronen pro cm3) und der (mittleren) Geschwindigkeit der Neutronen (z. B. in cm/s) aufgefasst werden. Die Bewegungsrichtung des Neutrons spielt dabei keine Rolle; es werden alle Neutronen mitgezählt, die eine am betreffenden Ort gedachte Kugel vom Querschnitt \pi R^2 = 1 Flächeneinheit durchqueren. Die Neutronenflussdichte ist dementsprechend eine skalare Größe.

Die übliche Maßeinheit ist cm-2s-1, also Neutronen pro Quadratzentimeter und Sekunde. In einem Kernreaktor ist die Neutronenflussdichte im Allgemeinen abhängig von Ort und Zeit, im gleichbleibend kritisch gehaltenen Reaktor nur vom Ort. Sie lässt sich mittels Neutronendetektoren messen.

Totale und energieabhängige Neutronenflussdichte[Bearbeiten]

Die in einem Raumbereich vorhandenen freien Neutronen haben im Allgemeinen verschiedene kinetische Energien. Die oben definierte Neutronenflussdichte, meist mit \Phi (großes Phi) bezeichnet, bezieht sich auf Neutronen aller Energien zusammen und wird deshalb genauer auch totale oder integrale Neutronenflussdichte genannt. Ihre Ableitung nach der Neutronenenergie E heißt energieabhängige Neutronenflussdichte oder auch Neutronenspektrum \phi (kleines Phi):

 \phi(E)  = \frac {d\Phi} {dE} .

Ihre Einheit ist dementsprechend z. B. cm-2s-1MeV-1. \phi(E) dE ist die Anzahl der Neutronen im Energieintervall dE bei E, die pro Sekunde die genannte Kugel durchqueren.

Durch Integration einer Neutronenflussdichte über die Zeit, z. B. die Dauer einer Bestrahlung, ergibt sich die entsprechende (totale oder energieabhängige) Neutronenfluenz.

Bedeutung in der Reaktortechnik[Bearbeiten]

Die Neutronenflussdichte ist relativ einfach zu messen, z. B. mit in den Reaktorkern eingebauten Spaltkammern. Sie ist ein geeignetes Maß für die (Volumen-) Leistungsdichte an einer Stelle im Reaktor. Da das Energiespektrum näherungsweise im ganzen Reaktor gleich ist, genügt in der Praxis die Messung der totalen Flussdichte. Eine Temperaturmessung wäre dagegen als Leistungsmaß nicht geeignet, denn die Temperatur an einer Stelle ist Resultat der Leistung an der Stelle selbst, der Leistung in benachbarten Bereichen in der jüngeren und mittleren Vergangenheit sowie der Kühlleistung.

Das Fluss-Messsignal wird daher allgemein zur Steuerung und Überwachung des Reaktors verwendet. Auch bei abgeschaltetem (unterkritischem) Reaktor wird die Flussmessung ständig in Betrieb gehalten. Eine zu diesem Zweck eingebaute radioaktive Neutronenquelle sorgt stets für einen geringen Neutronenfluss; dadurch wird die Funktion der Messinstrumentierung dauernd überwacht.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Brockhaus Enzyklopädie, 21. Aufl., Leipzig/Mannheim 2006
  2. Smidt, Reaktortechnik Bd. 1 (siehe Literaturliste) gibt auf S. 20 für Neutronenfluss fast wörtlich dieselbe Definition wie Emendörfer/Höcker, Theorie der Kernreaktoren Bd. 1 auf S. 63 für Neutronenflussdichte, nämlich: „der Weg, der von allen Neutronen einer Volumeinheit in einer Zeiteinheit insgesamt zurückgelegt wird.“

Literatur[Bearbeiten]

Dieter Smidt: Reaktortechnik, Bd. 1, Karlsruhe 1976, ISBN 3-7650-2018-4

Dieter Emendörfer, Karl-Heinz Höcker: Theorie der Kernreaktoren, Bd. 1, Mannheim/Wien/Zürich 1982, ISBN 3-411-01599-3

Gehard Musiol, Johannes Ranft, Roland Reif, Dieter Seeliger: Kern- und Elementarteilchenphysik, 2. Auflage. Frankfurt (Main) 1995, ISBN 3-8171-1404-4