Thermisches Neutron

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Als Thermische Neutronen werden – nicht ganz einheitlich – freie Neutronen bezeichnet, deren kinetische Energie weniger als beispielsweise 100 meV (Milli-Elektronenvolt) beträgt. In der Klassifizierung der Neutronen liegen sie zwischen den kalten und den epithermischen Neutronen.

Die Bezeichnung als thermische Neutronen leitet sich aus ihrer Entstehung ab. Thermische Neutronen entstehen durch Verlangsamung schneller Neutronen, die durch Kernreaktionen freigesetzt worden sind. Die Neutronen verlieren kinetische Energie und damit Geschwindigkeit durch Mehrfachstreuung an den Atomkernen eines Moderators (meist Graphit oder Wasser). Sie nehmen dadurch dieselbe Geschwindigkeitsverteilung wie die Teilchen des Moderators an; diese Geschwindigkeitsverteilung hängt nur von der Temperatur des Moderators ab.

Auch die kinetische Energie ist über das Äquipartitionstheorem mit der Temperatur eines Systems verknüpft. Es gilt für Neutronen mit der Boltzmann-Konstanten und der absoluten Temperatur . Obwohl Temperatur nur für Vielteilchensysteme definiert ist, wird im Fachjargon davon gesprochen, dass die einzelnen Neutronen bei einer bestimmten mittleren Energie eine Temperatur besitzen. Meist wird diese Temperatur in Einheiten einer Energie angegeben, indem die Boltzmann-Konstante gleich Eins gesetzt wird (vgl. natürliche Einheiten). Des Weiteren ist es in der Teilchenphysik üblich, den Vorfaktor bei der Definition der Temperatur eines einzelnen Teilchens wegzulassen.

Die oben erwähnte Energie von 100 meV entspricht somit (ohne den Faktor 3/2) der Temperatur 1160 K (887 °C).

Bei Zimmertemperatur wird als nominelle Energie gewöhnlich veranschlagt; genauer beträgt die mittlere kinetische Energie

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Thermische Neutronen spielen eine wichtige Rolle in den meisten Kernreaktoren. Allerdings liegt dort (zumindest in Leistungsreaktoren) wegen der Arbeitstemperatur ihre Energie merklich über den oben genannten 0,025 eV.

Weiterhin werden sie bei der Neutronenstreuung als ein wichtiges Werkzeug der Strukturforschung an Materialien verwendet.

Auch zur Abschirmung von Neutronenstrahlung, d. h. zur Verringerung der Strahlenintensität, werden die Neutronen zunächst durch einen Moderator thermalisiert, um dann von einem Material mit großem Absorptions-Wirkungsquerschnitt für thermische Neutronen, beispielsweise Bor oder Cadmium, absorbiert zu werden.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • K. Wirtz, K. H. Beckurts: Elementare Neutronenphysik. Springer 1958, Seite 35