Neutroneneinfang: Definition, Prozess und Anwendungen

Die natürlichen Elemente der Natur besitzen individuelle Atomstrukturen aus Protonen, Elektronen und Neutronen. Die Anordnungen dieser Teilchen bestimmen die Identität jedes Elements. Neutroneneinfang findet statt, wenn ein zusätzliches Neutron in den Kern eines Atoms eindringt. Dieses Ereignis findet typischerweise in einem Labor statt und wird im Rahmen von Materialanalyseverfahren durchgeführt.

Identifizierung

Das Gebiet der Kernphysik untersucht die verschiedenen Atomstrukturen und wie sie miteinander interagieren. Dazu manipulieren Wissenschaftler oft die verschiedenen Komponenten, die die Struktur eines Atoms ausmachen. Methoden des Neutroneneinfangs dienen dazu, die grundlegende Atomstruktur eines Elements zu verändern und es so in ein neues Element zu verwandeln, so die Kansas State University. Wenn dies geschieht, wird ein Isotop des ursprünglichen Elements gebildet. Ein Isotop gilt als instabile Struktur und zerfällt typischerweise durch Aussendung radioaktiver Strahlen.

Funktion

Neutroneneinfang ist einer der vielen Schritte, die an der Neutronenaktivierungsanalyse beteiligt sind, so die American Nuclear Society. Die Neutronenaktivierungsanalyse ermöglicht es Wissenschaftlern, die verschiedenen Elemente in einer Materialprobe zu identifizieren. Jedes Element wird anhand der Menge an Strahlung identifiziert, die abgegeben wird, wenn Neutroneneinfang innerhalb der Struktur eines Atoms stattfindet. Da jedes einzelne Element seine eigene einzigartige chemisch-physische Signatur hat, ist die Menge an Strahlung, die während des Neutroneneinfangs freigesetzt wird, einer der Marker, die Wissenschaftler verwenden, um einzelne Elemente zu identifizieren.

Merkmale

Von den drei Teilchen, die ein Atom ausmachen – Protonen, Elektronen und Neutronen – sind Neutronen die einzigen, die wenig bis keine Ladung innerhalb der Atomstruktur tragen, so die Kansas State University. Da Protonen eine positive Ladung und Elektronen eine negative Ladung tragen, wirken diese beiden Komponenten zusammen, um die Struktur eines Atoms durch Anziehungskräfte zusammenzuhalten. Da Neutronen keine Ladung tragen, können sie in den Kern eines Atoms implantiert werden, ohne seine chemische Struktur zu verändern; jedoch unterliegt die physische Struktur einer Veränderung, wenn Neutroneneinfang stattfindet.

Strahlung

Wenn ein Atom ein neues Neutron einfängt, ist das resultierende Isotop schwerer als das ursprüngliche Atom. Während des Prozesses des Einfangens eines Neutrons gibt der Kern eines Atoms Energie in Form von Strahlung ab, so die American Nuclear Society. Strahlenwellen zeigen an, dass das Isotop zerfällt und sich schließlich in eine neue Form des ursprünglichen Atoms verwandeln wird. Innerhalb der Neutronenaktivierungsanalyse kann eine Probe mehrere verschiedene Elemente enthalten. Dieser Zerfallprozess ermöglicht es Wissenschaftlern, jedes in einer Probe enthaltene Element anhand der Menge an Strahlung zu identifizieren, die jedes Atom abgibt.

Isotope

Isotope sind Atome, die eine überschüssige Anzahl von Neutronen enthalten. Ihre Tendenz, instabil zu sein, resultiert aus der ungeraden Anzahl von Neutronen gegenüber Protonen innerhalb des Atomkerns. Da Protonen geladene Teilchen sind, stoßen sie sich tendenziell ab. Die Anwesenheit einer gleichen Anzahl von Neutronen dient dazu, Protonenabstoßungskräfte zu absorbieren und den Atomkern zu stabilisieren. Methoden des Neutroneneinfangs erzeugen viele der bekannten Kernmaterialien wie Uran und Plutonium. Laut der American Nuclear Society kommen natürlich vorkommende Isotope nur innerhalb von 10 Prozent der bekannten physikalischen Elemente vor.