مقطع التقاط النيوترونات الحرارية

يُعَدّ مقطع التقاط النيوترونات الحرارية معاملًا بالغ الأهمية في الفيزياء النووية، إذ يُمثّل احتمالية التقاط النواة لنيوترون حراري. يُعدّ هذا المفهوم حيويًا لاختيار وقود المفاعلات النووية وتصميم مواد امتصاص النيوترونات.

الخلفية التاريخية

شكّلت دراسة تفاعلات النيوترونات مع المادة أساسًا في تطوير العلوم النووية، خاصةً بعد اكتشاف النيوترون في ثلاثينيات القرن العشرين. يُعدّ فهم عملية التقاط النيوترونات ضروريًا لتصميم المفاعلات النووية، والطب النووي، ومختلف التطبيقات في البحث العلمي.

صيغة الحساب

تُعطى صيغة حساب مقطع التقاط النيوترونات الحرارية (σ) على النحو التالي:

\[ \sigma = \frac{\pi \lambda^2}{1 + \frac{\lambda}{A}} \]

حيث:

• λ طول موجّة النيوترون (بالمتر).
• A الكتلة الذرية للنواة التي تلتقط النيوترون (بوحدات الكتلة الذرية، u).
• σ مساحة المقطع العرضي (بالمتر المربع، m²).

مثال على الحساب

بالنسبة لنيوترون بطول موجّة 0.1 نانومتر (1 × 10⁻¹⁰ متر) وكتلة ذرية 1 وحدة كتلة ذرية للهيدروجين:

\[ \sigma = \frac{\pi \times (1 \times 10^{-10})^2}{1 + \frac{1 \times 10^{-10}}{1}} \approx 3.14159 \times 10^{-20} \, m^2 \]

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعدّ مقطع التقاط النيوترونات الحراري بالغ الأهمية ل:

• تحديد كفاءة المفاعلات النووية.
• تصميم دروع وماسكات النيوترونات.
• اختيار النظائر للعلاجات الطبية والبحوث.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو التقاط النيوترونات الحرارية؟

   • يحدث التقاط النيوترونات الحرارية عندما يتم امتصاص نيوترون بطيء الحركة (حراري) بواسطة نواة، مما يؤدي إلى تفاعل نووي.

2. لماذا يُعدّ طول موجّة النيوترون مهمًا في حساب مقطع التقاطه؟

   • يرتبط طول الموجة بطاقة النيوترون. تكون النيوترونات منخفضة الطاقة (أطول طول موجّة) أكثر عرضة للالتقاط، ولهذا السبب تُعدّ النيوترونات الحرارية فعّالة جدًا في إحداث التفاعلات النووية.

3. كيف تؤثر الكتلة الذرية للنواة على مقطع التقاط النيوترونات؟

   • تؤثر الكتلة الذرية على احتمالية التقاط النيوترون. بشكل عام، تمتلك النوى ذات الكتلة الذرية الأعلى احتمالية أعلى لالتقاط النيوترون نظرًا لحجمها الأكبر وديناميكيات القوة النووية.

يُعدّ فهم مقاطع التقاط النيوترونات أمرًا ضروريًا لتصميم آمن وفعال للتقنيات النووية، من توليد الطاقة إلى التطبيقات الطبية.