ما هو المقطع العرضي النيوتروني
مقدمة
المقاطع العرضية النيوترونية هي بارامترات أساسية في الفيزياء النووية، وتمثل احتمالية التفاعلات المختلفة بين النيوترونات والنوى الذرية. وفهم هذه المقاطع العرضية أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتراوح بين تصميم المفاعلات النووية والعلاجات الطبية وأبحاث الفيزياء الفلكية.
وتتباين المقاطع العرضية النيوترونية تبعاً لطاقة النيوترون ونوع التفاعل الذي يمر به مع النواة. ويمكن أن تشمل هذه التفاعلات التشتت والامتصاص والانشطار، ويؤدي كل منها دوراً حيوياً في تطبيقات مختلفة.
أنواع تفاعلات النيوترونات
- التشتت المرن: تتصادم النيوترونات مع النوى دون فقدان أي طاقة، وتغير اتجاهها.
- التشتت غير المرن: تنقل النيوترونات بعض الطاقة إلى النواة، مما يؤدي إلى الإثارة.
- الامتصاص: تمتص النواة النيوترونات، مما قد يؤدي إلى الاضمحلال الإشعاعي أو الانشطار.
تطبيقات المقاطع العرضية النيوترونية
المقاطع العرضية النيوترونية محورية في تطبيقات مختلفة:
- تصميم المفاعل النووي: تضمن بيانات المقطع العرضي الدقيقة تشغيل المفاعل بكفاءة وأمان.
- العلاجات الطبية: يعتمد العلاج النيوتروني على التفاعلات النيوترونية الدقيقة لاستهداف الخلايا السرطانية.
- الفيزياء الفلكية: فهم التخليق النووي النجمي وتكوين النجوم النيوترونية.
- علم المواد: التحقيق في خصائص المواد من خلال تقنيات التشتت النيوتروني.
جدول المقطع العرضي النيوتروني للعناصر
يصف المقطع العرضي النيوتروني لعنصر ما احتمال تفاعل نيوترون مع نوى ذلك العنصر. وتُعطى القيمة عادةً بوحدة البرن (ب)، حيث 1 برن = 10-2410^{ -24} سم². المقطع العرضي خاصية مهمة في مجالات مثل الفيزياء النووية والمفاعلات النووية والوقاية من الإشعاع.
فيما يلي جدول يوضح قيم المقطع العرضي النيوتروني للعديد من العناصر الشائعة، مع التركيز على المقاطع العرضية الكلية والحرارية والانشطارية حيثما كان ذلك متاحًا.
|
العنصر |
النظير |
المقطع العرضي الكلي (ب) |
المقطع العرضي النيوتروني الحراري (ب) |
المقطع العرضي للأسر (ب) |
المقطع العرضي الانشطاري (ب) |
|
الهيدروجين (H) |
الهيدروجين-1 |
20.5 |
5335 |
0.33 |
0 |
|
الكربون (C) |
كربون-12 |
1.7 |
2.2 |
0.0035 |
0 |
|
الأكسجين (O) |
الأكسجين-16 |
0.02 |
0.0002 |
0.0001 |
0 |
|
اليورانيوم (U) |
اليورانيوم 238 |
280 |
2.7 |
0.1 |
50 |
|
اليورانيوم (U) |
اليورانيوم 235 |
1000 |
680 |
0.3 |
5800 |
|
الثوريوم (Th) |
الثوريوم 232 |
36 |
5.7 |
0.1 |
0 |
|
البلوتونيوم (Pu) |
بلوتونيوم 239 |
748 |
2.6 |
0.17 |
8400 |
|
النبتونيوم (Np) |
نبتونيوم 239 |
71 |
16.5 |
0.2 |
1600 |
|
البورون (ب) |
بورون-10 |
384 |
3835 |
0.005 |
0 |
|
البورون (ب) |
بورون-11 |
5.5 |
3.0 |
0.01 |
0 |
|
الحديد (Fe) |
حديد -56 |
2.6 |
2.2 |
0.02 |
0 |
|
الكوبالت (Co) |
كوبالت-59 |
35 |
0.2 |
0.02 |
0 |
|
النحاس (النحاس) |
النحاس-63 |
5.1 |
0.4 |
0.01 |
0 |
|
الزنك (Zn) |
الزنك-64 |
3.0 |
0.1 |
0.01 |
0 |
|
الرصاص (Pb) |
الرصاص 208 |
0.22 |
0.0004 |
0.01 |
0 |
|
النيكل (ني) |
نيكل-58 |
3.0 |
0.03 |
0.01 |
0 |
|
السيليكون (Si) |
السيليكون-28 |
1.0 |
0.2 |
0.001 |
0 |
|
الألومنيوم (آل) |
ألومنيوم-27 |
1.6 |
0.3 |
0.002 |
0 |
|
المغنيسيوم (Mg) |
المغنيسيوم 24 |
3.2 |
1.0 |
0.02 |
0 |
|
الكالسيوم (Ca) |
الكالسيوم-40 |
1.1 |
0.04 |
0.0008 |
0 |
|
الأرجون (Ar) |
أرغون-40 |
0.04 |
0.006 |
0.0006 |
0 |
- يحتوي الهيدروجين على مقطع عرضي نيوتروني حراري عالٍ جداً، ولهذا السبب يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الاعتدال النيوتروني (مثل الماء في المفاعلات).
- واليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 من المواد الانشطارية العالية، ما يجعلها ضرورية في المفاعلات النووية والأسلحة النووية.
- وللبورون مقطع عرضي كبير جداً لالتقاط النيوترونات، ما يجعله مفيداً في التدريع النيوتروني وقضبان التحكم في المفاعلات النووية.
- ويمتلكالرصاص والحديد مقاطع عرضية منخفضة للتفاعل النيوتروني، مما يجعلها فعالة كمواد واقية من الإشعاع.
- لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الأسئلة المتداولة
ما هو المقطع العرضي النيوتروني؟
يقيس المقطع العرضي النيوتروني احتمالية تفاعل نيوترون مع نواة معينة، ويقاس بوحدات تسمى الحظائر.
ما أهمية المقاطع العرضية النيوترونية في المفاعلات النووية؟
إنها تحدد كيفية سلوك النيوترونات داخل المفاعل، مما يؤثر على استدامة التفاعل المتسلسل وكفاءة المفاعل.
كيف تختلف المقاطع العرضية النيوترونية باختلاف الطاقة؟
تسود تفاعلات مختلفة عند طاقات نيوترونية مختلفة، مما يؤدي إلى اختلافات في قيم المقاطع العرضية عبر نطاقات الطاقة.
أين يمكنني العثور على بيانات مفصلة للمقاطع العرضية النيوترونية؟
تتوفر بيانات شاملة في قواعد البيانات النووية مثل المركز الوطني للبيانات النووية والمنشورات العلمية المتخصصة.
هل يمكن استخدام المقاطع العرضية النيوترونية في التطبيقات الطبية؟
نعم، فهي ضرورية في العلاج بالنيوترونات الذي يستهدف الخلايا السرطانية مع تقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة السليمة.
Chin Trento
