¿Qué es la sección transversal de neutrones?
Introducción
Las secciones transversales de neutrones son parámetros fundamentales en física nuclear, que representan la probabilidad de diversas interacciones entre neutrones y núcleos atómicos. Comprender estas secciones transversales es crucial para aplicaciones que van desde el diseño de reactores nucleares hasta los tratamientos médicos y la investigación astrofísica.
La ssecciones transversales de neutrones varían en función de la energía del neutrón y del tipo de interacción que experimenta con un núcleo. Estas interacciones pueden incluir dispersión, absorción y fisión, y cada una de ellas desempeña un papel vital en diferentes aplicaciones.
Tipos de interacciones neutrónicas
- Dispersión elástica: Los neutrones colisionan con los núcleos sin pérdida de energía, cambiando de dirección.
- Dispersión inelástica: Los neutrones transfieren algo de energía al núcleo, dando lugar a una excitación.
- Absorción:los neutrones son absorbidos por el núcleo, lo que puede provocar la desintegración radiactiva o la fisión.
Aplicaciones de las secciones transversales de neutrones
Las secciones transversales de neutrones son fundamentales en diversas aplicaciones:
- Diseño de reactores nucleares: Los datos precisos de la sección transversal garantizan un funcionamiento eficaz y seguro del reactor.
- Tratamientos médicos: La terapia neutrónica se basa en interacciones neutrónicas precisas para atacar células cancerosas.
- Astrofísica:comprensión de la nucleosíntesis estelar y la composición de las estrellas de neutrones.
- Ciencia de los materiales: Investigación de las propiedades de los materiales mediante técnicas de dispersión de neutrones.
Tabla de secciones transversales de neutrones de los elementos
La sección transversal neutrónica de un elemento describe la probabilidad de que un neutrón interactúe con los núcleos de ese elemento. El valor se suele dar en unidades de graneros (b), donde 1 granero = 10-2410^{-24} cm². La sección transversal es una propiedad importante en campos como la física nuclear, los reactores nucleares y el blindaje contra la radiación.
Aquí hay una tabla que muestra los valores de la sección transversal de neutrones para varios elementos comunes, centrándose en las secciones transversales totales, térmicas y defisión cuando están disponibles.
|
Elemento |
Isótopo |
Sección transversal total (b) |
Sección transversal de neutrones térmicos (b) |
Sección transversal de captura (b) |
Sección transversal de fisión (b) |
|
Hidrógeno (H) |
Hidrógeno-1 |
20.5 |
5335 |
0.33 |
0 |
|
Carbono (C) |
Carbono-12 |
1.7 |
2.2 |
0.0035 |
0 |
|
Oxígeno (O) |
Oxígeno-16 |
0.02 |
0.0002 |
0.0001 |
0 |
|
Uranio (U) |
Uranio-238 |
280 |
2.7 |
0.1 |
50 |
|
Uranio (U) |
Uranio-235 |
1000 |
680 |
0.3 |
5800 |
|
Torio (Th) |
Torio-232 |
36 |
5.7 |
0.1 |
0 |
|
Plutonio (Pu) |
Plutonio-239 |
748 |
2.6 |
0.17 |
8400 |
|
Neptunio (Np) |
Neptunio-239 |
71 |
16.5 |
0.2 |
1600 |
|
Boro (B) |
Boro-10 |
384 |
3835 |
0.005 |
0 |
|
Boro (B) |
Boro-11 |
5.5 |
3.0 |
0.01 |
0 |
|
Hierro (Fe) |
Hierro-56 |
2.6 |
2.2 |
0.02 |
0 |
|
Cobalto (Co) |
Cobalto-59 |
35 |
0.2 |
0.02 |
0 |
|
Cobre (Cu) |
Cobre-63 |
5.1 |
0.4 |
0.01 |
0 |
|
Zinc (Zn) |
Zinc-64 |
3.0 |
0.1 |
0.01 |
0 |
|
Plomo (Pb) |
Plomo-208 |
0.22 |
0.0004 |
0.01 |
0 |
|
Níquel (Ni) |
Níquel-58 |
3.0 |
0.03 |
0.01 |
0 |
|
Silicio (Si) |
Silicio-28 |
1.0 |
0.2 |
0.001 |
0 |
|
Aluminio (Al) |
Aluminio-27 |
1.6 |
0.3 |
0.002 |
0 |
|
Magnesio (Mg) |
Magnesio-24 |
3.2 |
1.0 |
0.02 |
0 |
|
Calcio (Ca) |
Calcio-40 |
1.1 |
0.04 |
0.0008 |
0 |
|
Argón (Ar) |
Argón-40 |
0.04 |
0.006 |
0.0006 |
0 |
- El hidrógenotiene una sección transversal de neutrones térmicos muy elevada, por lo que se utiliza ampliamente en aplicaciones de moderación de neutrones (como el agua en los reactores).
- El uranio-235y el plutonio-239son materiales altamente fisibles, por lo que son esenciales en reactores y armas nucleares.
- El borotiene una sección transversal de captura de neutrones muy grande, lo que lo hace útil en blindajes neutrónicos y barras de control en reactores nucleares.
- El plomoy el hierrotienen secciones transversales de interacción neutrónica bajas, lo que los hace eficaces como materiales de blindaje contra la radiación.
Paramás información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).
Preguntas más frecuentes
¿Qué es una sección transversal de neutrones?
Una sección transversal de neutrones cuantifica la probabilidad de que un neutrón interactúe con un núcleo específico, medida en unidades llamadas barns.
¿Por qué son importantes las secciones transversales neutrónicas en los reactores nucleares?
Determinan cómo se comportan los neutrones dentro del reactor, afectando a la sostenibilidad de la reacción en cadena y a la eficiencia del reactor.
¿Cómo varían las secciones transversales de neutrones con la energía?
Diferentes interacciones dominan a diferentes energías de neutrones, dando lugar a variaciones en los valores de la sección transversal a través de rangos de energía.
¿Dónde puedo encontrar datos detallados sobre la sección transversal de neutrones?
Existen datos exhaustivos en bases de datos nucleares como el Centro Nacional de Datos Nucleares (NNDC) y en publicaciones científicas especializadas.
¿Pueden utilizarse las secciones transversales de neutrones en aplicaciones médicas?
Sí, son esenciales en la terapia con neutrones, que se dirige a las células cancerosas minimizando el daño a los tejidos sanos.
