Neutronfångning är en typ av kärnreaktion där kärnan i en atom kombineras med en neutron och bildar en tyngre kärna:
( A , Z ) + n → ( A +1, Z ) + y .Neutronen kan närma sig kärnan även vid nästan noll kinetisk energi, eftersom den är elektriskt neutral, i motsats till den positivt laddade protonen, som bara kan fångas med en tillräckligt hög energi för att övervinna den elektrostatiska repulsionen.
Processen för interaktion mellan en kärna och en neutron är av en probabilistisk natur och kan ske enligt tre huvudscheman:
Vart och ett av de möjliga scenarierna har sin egen sannolikhet, kännetecknad av interaktionstvärsnittet . Tvärsnitten beror på kärnans sammansättning och neutronens kinetiska energi.
Som ett resultat av neutroninfångningsreaktionen bildas en tyngre isotop av samma kemiska element som regel i ett exciterat tillstånd. Exciterade tillstånd, vars excitationsenergi är mindre än bindningsenergin för en partikel eller grupp av partiklar i en given kärna, kallas bunden . I det här fallet kan excitationen endast avlägsnas genom emission av en eller flera gammastrålar . Tillstånd med en excitationsenergi som är större än partiklarnas bindningsenergi kallas kvasistationära . I detta fall kan kärnan sända ut en partikel eller en gammastråle. Tunga kärnor kan klyvas . Sannolikheten för fission efter neutroninfångning betraktas ofta separat från infångningssannolikheten, på tal om fissionstvärsnittet .
Den isotop som bildas till följd av neutroninfångning kan vara både stabil och instabil (radioaktiv). Aktivering av material genom neutronbestrålning (särskilt i kärnreaktorer ) är en betydande källa till radioaktivt avfall .
Typiska tvärsnitt för termisk neutroninfångning av kärnor är i storleksordningen 1 lada (nära kärnans geometriska tvärsnitt), dock för vissa nuklider avvikelser av flera storleksordningar mot både en ökning och en minskning av infångningskorset avsnitt observeras. Infångningstvärsnitten för snabba neutroner är mycket mindre; när energin ökar, minskar tvärsnittet i omvänd proportion till neutronhastigheten.
Fånga tvärsnitt av kända ämnen för lågenergineutroner (de så kallade "termiska" neutronerna)
Fånga tvärsnitt för bor-10 (övre grafen) kontra neutronenergi. På grund av dess mycket stora infångningstvärsnitt för lågenergineutroner, används bor-10 i stor utsträckning för att kontrollera kedjereaktioner i termiska neutronkärnreaktorer.
Förmågan hos tunga kärnor att fånga en neutron med efterföljande sönderfall (klyvning) är hörnstenen i kärntekniken .
Fissionstvärsnitt av kända ämnen för termiska neutroner
Under de första minuterna efter Big Bang infångades alla neutroner som producerades av baryogenes antingen av protoner (för att bilda deuteroner ) eller sönderföll . Mätningar av den primära förekomsten av lätta element (deuterium, helium, litium) gör det möjligt att studera denna period av det tidiga universum.
Neutronfångning är mycket viktig för processen för nukleosyntes av element som är tyngre än järn. Det finns 2 typer av infångningar: en snabb r-process (som äger rum vid en hög neutrondensitet, när beta-radioaktiva kärnor - infångningsprodukterna hinner inte sönderfalla innan nästa neutroninfångning) och en långsam s-process (i i det här fallet är fångsthastigheten mindre än beta-avklingningshastigheten).