Cos'è la sezione d'urto dei neutroni

Introduzione

Le sezioni d'urto dei neutroni sono alcuni dei parametri fondamentali della fisica nucleare e definiscono la probabilità di diversi tipi di interazioni tra neutroni e nuclei atomici. Queste sezioni d'urto hanno un uso essenziale che va dalla progettazione dei reattori nucleari ai trattamenti medici e alla ricerca astrofisica.

Le sezioni d'urto dei neutroni dipendono dall'energia, così come i tipi di interazione che si verificano tra il neutrone e il nucleo: la diffusione, l'assorbimento e la fissione sono alcuni dei tipi importanti di interazioni che si verificano in diverse applicazioni.

Tipi di interazioni tra neutroni

• Scattering elastico: I neutroni collidono con i nuclei; non c'è perdita di energia perché i neutroni cambiano direzione.
• Scattering anelastico: Una parte dell'energia viene trasferita dai neutroni al nucleo, eccitandolo.
• Assorbimento: I neutroni vengono assorbiti dal nucleo, con possibile decadimento radioattivo o fissione in alcuni casi.

Applicazioni delle sezioni d'urto dei neutroni

Lesezioni d'urto dei neutroni sono fondamentali in diverse applicazioni. Nella progettazione dei reattori nucleari, dati precisi sulle sezioni d'urto sono necessari per un funzionamento efficiente e sicuro del reattore. Nei trattamenti medici, come la terapia neutronica, si utilizzano interazioni neutroniche precise per colpire le cellule cancerose. In astrofisica, le sezioni d'urto dei neutroni contribuiscono alla comprensione della nucleosintesi stellare e della composizione delle stelle di neutroni. Nella scienza dei materiali, le tecniche di diffusione dei neutroni sono utilizzate per studiare le proprietà dei materiali.

Tabella delle sezioni d'urto neutroniche degli elementi

La sezione d'urto neutronica di un elemento rappresenta la probabilità che un neutrone interagisca con i nuclei di quel particolare elemento. L'unità di misura è normalmente indicata in granai, dove 1 granaio = 10-2410^{-24} cm². Si tratta di uno dei parametri importanti applicati alla fisica nucleare, ai reattori nucleari e alla schermatura dalle radiazioni.

Ecco una tabella delle sezioni d'urto dei neutroni per alcuni elementi comuni. La tabella include le sezioni d'urto totali, termiche e di fissione, ove possibile:

• L'idrogeno ha una sezione d'urto di neutroni termici estremamente elevata; per questo trova ampia applicazione nelle applicazioni di moderazione neutronica, come l'acqua nei reattori.
• Uranio-235 e plutonio-239: Materiali altamente fissili, trovano quindi applicazione sia nei reattori nucleari che nelle armi.
• Il boro possiede una sezione d'urto di cattura neutronica estremamente ampia che lo rende molto utile nella schermatura neutronica e nelle barre di controllo dei reattori nucleari.
• La bassa sezione d'urto di interazione neutronica del piombo e del ferro li rende buoni materiali per la schermatura dalle radiazioni.

• Per informazioni più dettagliate, consultare il sito Stanford Advanced Materials (SAM).

Domande frequenti

Che cos'è la sezione d'urto dei neutroni?

La sezione d'urto neutronica misura la probabilità che un neutrone interagisca con un particolare nucleo, misurata in unità chiamate granai.

Perché le sezioni d'urto dei neutroni sono importanti nei reattori nucleari?

Determinano il comportamento dei neutroni all'interno del reattore e influenzano la sostenibilità della reazione a catena e l'efficienza del reattore.

Come variano le sezioni d'urto dei neutroni in funzione dell'energia?

Interazioni diverse dominano a energie diverse dei neutroni; di conseguenza, i valori delle sezioni d'urto variano in base all'energia.

Dove posso trovare dati dettagliati sulla sezione d'urto dei neutroni?

I dati completi si trovano nei database nucleari, come ad esempio nell'NNDC, e anche in pubblicazioni scientifiche specializzate.

Le sezioni d'urto neutroniche possono essere utilizzate in applicazioni mediche?

Sì, svolgono un ruolo importante nella terapia neutronica, che uccide le cellule cancerose riducendo al minimo i danni ai tessuti sani.