Mikroskopický účinný průřez

Ke kvantitativnímu popisu interakce neutronů s atomovými jádry se používají účinné průřezy. Účinný průřez pro určitou reakci vztažený na jedno jádro se nazývá mikroskopický účinný průřez a označuje symbolem s. Vyjadřuje míru pravděpodobnosti, že dojde k interakci mezi jedním jádrem, nacházejícím se v terčové ploše 1 m² a jedním dopadajícím neutronem, který projde kolmo touto plochou. Jednotkou mikroskopického účinného průřezu je 1 m². V literatuře ještě často najdeme účinné průřezy vyjádřeny pomocí menší jednotky, která se nazývá barn.

Platí: 1 barn = 10 ^-28 m².

Pro účinný průřez platí adiční zákon, tj. dojde‑li k několika druhům interakcí neutronu s jádrem, můžeme určit celkový účinný průřez např. takto:

s_e , s_i , s_f , s_r ‑ účinné průřezy pro pružný a nepružný rozptyl, štěpení a radiační záchyt,

s_s , s_a ‑ účinné průřezy pro rozptyl a absorpci.

Účinný průřez jádra pro příslušnou reakci je charakteristikou jádra a závisí na energii dopadajícího neutronu,  tj. ,

kde A ‑ atomová hmotnost terčového jádra,

E ‑ energie neutronu vstupujícího do interakce.

Závislosti účinných průřezů na energii  pro všechny prvky, s kterými se pracuje v neutronové a reaktorové fyzice, jsou stanovené a zpracované v tabulkách a grafech pro rychlost neutronů 2200 m/s.

Typická závislost účinného průřezu pro absorpci neutronů na energii je znázorněna na obr.2.3. Energetický interval neutronů v jaderném reaktoru je značně široký, od 10^-2 eV do 10⁷ eV. Tento energetický interval z hlediska účinných průřezů můžeme rozdělit u mnoha jader (zvláště pro A > 100) na tři charakteristické oblasti.

Závislost účinného průřezu pro absorbci neutronu na energii.

1. Oblast zákona 1/u (do ~ 1 eV).

2. Rezonanční oblast (~ l eV až ~ 10³ eV).

3. Oblast neutronů s velkou energií (~ 10³ eV až ~ 10⁷ eV).

V první oblasti můžeme účinný průřez vyjádřit vztahem

účinné průřezy neutronů při rychlosti u a při rychlosti u_o = 2200 m/s.

V druhé oblasti, tzv. rezonanční, může mít účinný průřez několik maxim, jejich počet je závislý na druhu izotopu.

Třetí oblast zahrnuje neutrony s velkou energií, tj. neutrony střední (~10³ až ~ 10⁵ eV) a rychlé (E > 10⁵ eV). Tato oblast se vyznačuje tím, že účinný průřez pro rozptyl neutronů i pro vznik složených jader se blíží ke geometrickému průřezu jádra.