Tangkapan neutron

Tangkapan neutron (Jawi: ‏تڠکڤن نيوترون‎‎) ialah satu tindak balas nuklear apabila sebuah nukleus atom dan satu atau lebih neutron berlanggar dan bergabung untuk membentuk nukleus yang lebih berat. Memandangkan neutron tidak mempunyai cas elektrik, ia boleh memasuki nukleus dengan lebih mudah berbanding proton bercas positif yang ditolak secara elektrostatik. Tangkapan neutron memainkan peranan penting dalam nukleosintesis kosmik bagi unsur-unsur berat. Dalam bintang, proses ini boleh berlaku dalam dua cara: sebagai proses pantas (proses r) atau proses perlahan (proses s). Nukleus dengan jisim melebihi 56 tidak dapat terbentuk melalui tindak balas termonuklear eksotermik (iaitu melalui pelakuran nuklear), tetapi boleh terbentuk melalui tangkapan neutron. Tangkapan neutron oleh proton menghasilkan satu garis pada tenaga 2.223 MeV yang diramalkan dan lazim diperhatikan dalam letusan suria.

Tangkapan neutron pada fluks neutron kecil

Skema pereputan bagi ¹⁹⁸Au

Pada fluks neutron yang kecil, seperti dalam reaktor nuklear, satu neutron tunggal akan ditangkap oleh nukleus. Sebagai contoh, apabila emas semula jadi (¹⁹⁷Au) disinarkan dengan neutron (n), isotop ¹⁹⁸Au terbentuk dalam keadaan sangat teruja dan dengan cepat mereput ke keadaan asas ¹⁹⁸Au melalui pelepasan sinar gama (𝛾). Dalam proses ini, nombor jisim meningkat sebanyak satu. Proses ini ditulis dalam bentuk rumus ¹⁹⁷Au + n → ¹⁹⁸Au + γ, atau dalam bentuk ringkas ¹⁹⁷Au(n,γ)¹⁹⁸Au. Jika neutron terma digunakan, proses ini dipanggil tangkapan terma. Isotop ¹⁹⁸Au ialah pemancar pereputan beta yang mereput menjadi isotop merkuri ¹⁹⁸Hg. Dalam proses ini, nombor atom meningkat sebanyak satu.

Tangkapan neutron pada fluks neutron tinggi

Proses r berlaku di dalam bintang apabila ketumpatan fluks neutron begitu tinggi sehingga nukleus atom tidak sempat mereput melalui pelepasan beta antara tangkapan neutron. Oleh itu, nombor jisim meningkat dengan ketara manakala nombor atom (iaitu unsur) kekal sama. Apabila tangkapan neutron seterusnya tidak lagi mungkin, nukleus yang sangat tidak stabil akan mereput melalui banyak pereputan β⁻ kepada isotop stabil beta bagi unsur dengan nombor atom yang lebih tinggi.

Keratan rentas tangkapan

Keratan rentas neutron serapan bagi sesuatu isotop unsur kimia ialah luas keratan rentas berkesan yang dipersembahkan oleh atom isotop tersebut terhadap serapan dan merupakan ukuran kebarangkalian tangkapan neutron. Ia biasanya diukur dalam unit barn. Keratan rentas serapan sering sangat bergantung pada tenaga neutron. Secara umum, kebarangkalian serapan adalah berkadar dengan masa neutron berada di sekitar nukleus. Masa yang dihabiskan berhampiran nukleus adalah berkadar songsang dengan halaju relatif antara neutron dan nukleus. Faktor khusus lain turut mengubah prinsip umum ini. Dua ukuran yang paling biasa ialah keratan rentas bagi serapan neutron terma dan kamiran resonans, yang mengambil kira sumbangan puncak serapan pada tenaga neutron tertentu yang khusus bagi sesuatu nuklid, biasanya di atas julat terma tetapi ditemui apabila moderasi neutron memperlahankan neutron daripada tenaga asal yang tinggi.

Tenaga terma nukleus juga memberi kesan; apabila suhu meningkat, pelebaran Doppler meningkatkan peluang untuk mencapai puncak resonans. Khususnya, peningkatan keupayaan uranium-238 untuk menyerap neutron pada suhu yang lebih tinggi (tanpa mengalami pembelahan) merupakan satu mekanisme maklum balas negatif yang membantu memastikan reaktor nuklear kekal terkawal.

Kepentingan termokimia

Tangkapan neutron terlibat dalam pembentukan isotop unsur kimia. Oleh itu, tenaga tangkapan neutron turut mempengaruhi entalpi pembentukan piawai bagi isotop.

Kegunaan

Maklumat selanjutnya: Pengaktifan neutron dan Analisis pengaktifan neutron

Analisis pengaktifan neutron boleh digunakan untuk mengesan komposisi kimia bahan dari jauh. Hal ini kerana unsur yang berbeza akan melepaskan radiasi ciri yang berbeza apabila menyerap neutron. Ini menjadikannya berguna dalam banyak bidang yang berkaitan dengan penerokaan dan keselamatan galian.

Penyerap neutron

Rencana utama: Racun neutron

Dalam bidang kejuruteraan, penyerap neutron yang paling penting ialah ¹⁰B, yang digunakan sebagai karbida boron dalam rod kawalan reaktor nuklear atau sebagai asid borik sebagai bahan tambahan dalam air penyejuk reaktor nuklear dalam reaktor air bertekanan. Penyerap neutron lain yang digunakan dalam reaktor nuklear termasuk xenon, kadmium, hafnium, gadolinium, kobalt, samarium, titanium, disprosium, erbium, europium, molibdenum dan iterbium.

Lihat juga

• Pereputan beta
• Radioaktiviti teraruh
• Senarai zarah
• Pelepasan neutron
• Pereputan radioaktif
• Sinar: α — β — γ — δ
• proses p (tangkapan proton)

Pautan luar

XSPlot an online neutron cross section plotter Thermal Neutron Capture Data Thermal Neutron Cross Sections