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私たちのために書く
中性子断面積とは
はじめに
中性子断面積は原子核物理学における基本的なパラメータの一つであり、中性子と原子核の間の様々なタイプの相互作用の確率を定義している。これらの断面積は、原子炉の設計から医療や天体物理学的研究に至るまで、重要な用途を持つ。
中性子断面積は、中性子と原子核の間に起こる相互作用の種類と同様に、中性子のエネルギーに依存します：散乱、吸収、核分裂は、様々な用途で起こる重要な相互作用の種類の一部です。
中性子相互作用の種類
- 弾性散乱：中性子は原子核と衝突する。中性子が方向を変える際にエネルギー損失はない。
- 非弾性散乱：中性子によって原子核にエネルギーが移動し、原子核を刺激する。
- 吸収：中性子は原子核に吸収され、場合によっては放射性崩壊や核分裂の可能性がある。
中性子断面積の応用
中性子断面積は様々な応用において極めて重要である。原子炉の設計では、正確な断面積データが効率的で安全な原子炉運転に必要である。中性子治療のような医療では、正確な中性子相互作用が癌細胞を標的にするために使われる。天体物理学では、中性子断面積は恒星の核合成や中性子星の組成の理解に貢献している。材料科学では、中性子散乱技術が材料特性の研究に使われている。
元素の中性子断面積表
元素の中性子断面積は、中性子がその特定の元素の原子核と相互作用する確率を表します。単位は通常バーンで、1バーン=10-2410^{-24} cm²です。これは核物理学、原子炉、放射線遮蔽に適用される重要なパラメータの一つである。
ここにいくつかの一般的な元素の中性子断面積の表を示します。この表は可能な限り全断面積，熱断面積，核分裂断面積を含んでいる：
|
元素 |
同位体 |
全断面積 (b) |
熱中性子断面積 (b) |
捕獲断面積 (b) |
核分裂断面積 (b) |
|
水素 (H) |
水素-1 |
20.5 |
5335 |
0.33 |
0 |
|
炭素 |
カーボン12 |
1.7 |
2.2 |
0.0035 |
0 |
|
酸素 (O) |
酸素-16 |
0.02 |
0.0002 |
0.0001 |
0 |
|
ウラン (U) |
ウラン238 |
280 |
2.7 |
0.1 |
50 |
|
ウラン (U) |
ウラン235 |
1000 |
680 |
0.3 |
5800 |
|
トリウム (Th) |
トリウム232 |
36 |
5.7 |
0.1 |
0 |
|
プルトニウム (Pu) |
プルトニウム239 |
748 |
2.6 |
0.17 |
8400 |
|
ネプツニウム (Np) |
ネプツニウム239 |
71 |
16.5 |
0.2 |
1600 |
|
ホウ素 (B) |
ホウ素-10 |
384 |
3835 |
0.005 |
0 |
|
ホウ素 (B) |
ボロン-11 |
5.5 |
3.0 |
0.01 |
0 |
|
鉄 (Fe) |
鉄-56 |
2.6 |
2.2 |
0.02 |
0 |
|
コバルト |
コバルト-59 |
35 |
0.2 |
0.02 |
0 |
|
銅（Cu） |
銅-63 |
5.1 |
0.4 |
0.01 |
0 |
|
亜鉛 |
亜鉛-64 |
3.0 |
0.1 |
0.01 |
0 |
|
鉛 |
鉛-208 |
0.22 |
0.0004 |
0.01 |
0 |
|
ニッケル |
ニッケル-58 |
3.0 |
0.03 |
0.01 |
0 |
|
ケイ素 (Si) |
ケイ素-28 |
1.0 |
0.2 |
0.001 |
0 |
|
アルミニウム |
アルミニウム-27 |
1.6 |
0.3 |
0.002 |
0 |
|
マグネシウム (Mg) |
マグネシウム-24 |
3.2 |
1.0 |
0.02 |
0 |
|
カルシウム |
カルシウム-40 |
1.1 |
0.04 |
0.0008 |
0 |
|
アルゴン |
アルゴン40 |
0.04 |
0.006 |
0.0006 |
0 |
- 水素は非常に高い熱中性子断面積を持つ。したがって、原子炉の水などの中性子減速用途に広く利用されている。
- ウラン235とプルトニウム239：核分裂性が高く、原子炉や兵器に使用される。
- ホウ素は非常に大きな中性子捕獲断面積を持ち、中性子遮蔽や原子炉の制御棒に非常に有用である。
- 鉛と鉄は中性子相互作用断面積が小さいため、放射線遮蔽材料として適している。
- より詳細な情報については、Stanford Advanced Materials (SAM)をご参照ください。
よくある質問
中性子断面積とは何ですか？
中性子断面積は、中性子が特定の原子核と相互作用する確率を測定するもので、バーンと呼ばれる単位で測定されます。
なぜ中性子断面積は原子炉で重要なのですか？
中性子断面積は原子炉内での中性子の振る舞いを決定し、連鎖反応の持続性と原子炉の効率に影響を与えます。
中性子断面積はエネルギーによってどのように変化するのですか？
中性子のエネルギーによって支配的な相互作用が異なるため、断面積の値はエネルギー範囲によって異なります。
詳細な中性子断面積のデータはどこで見ることができますか？
完全なデータは、例えばNNDCのような原子力データベースや、専門的な科学出版物で見つけることができます。
中性子断面積は医療応用に使えますか？
はい、健康な組織へのダメージを最小限に抑えながら癌細胞を殺す中性子治療において重要な役割を果たしています。
Chin Trento
