原子核断面積

原子核の断面積は、核反応が起こる確率を表す概念である。 ^{[ 1 ] [ 2 ]} これは物理的に「特性面積」として定量化でき、次のように表される。${\displaystyle \sigma }$より大きな${\displaystyle \sigma }$相互作用の確率が高いことを意味します。標準単位は${\displaystyle \sigma }$納屋は（10 ⁻²⁸  m ²、10 ⁻²⁴  cm ²または100  fm ² )。

断面積は、考えられるすべての相互作用過程についてまとめて測定することができ、その場合は全断面積と呼ばれます。また、弾性散乱と非弾性散乱を区別して、特定の過程について測定することもできます。非弾性散乱過程の中でも、中性子断面積の中では吸収断面積が特に重要です。

原子核物理学では、入射粒子を直径が無視できる点粒子として扱うのが一般的です。断面積は、捕獲散乱、中性子生成、核融合など、あらゆる核反応について計算できます。多くの場合、核反応で放出または散乱される粒子の数は直接測定されません。特定の物質の既知の厚さを介在させることによって、入射粒子の平行ビームに生じる減衰を測定するだけです。このようにして得られた断面積は全断面積と呼ばれ、通常はで表されます。${\displaystyle \sigma }$または$\displaystyle \sigma _{T}}$。

^{陽子と中性子の半径は10⁻¹⁵} mのオーダーです。約 200 個の核子を持つ原子核が球形であると仮定すると、その半径は約 5 半径になります。したがって、核反応の断面積は 100 平方半径のオーダー、または10 ⁻²⁸  m ² = 1 バーン。観測された断面積は大きく異なります。たとえば、( n、${\displaystyle \gamma }$）反応は、場合によっては1,000バーンをはるかに超える断面積を示す（ホウ素10、カドミウム113、キセノン135 ）が、ガンマ線吸収による核変換の断面積は0.001バーンの領域である。

核断面積は核反応率を決定するために使用され、特定の粒子群に対する反応率方程式によって支配されます（通常、「ビームとターゲット」の思考実験として捉えられ、一方の粒子または原子核が「ターゲット」であり、通常は静止しており、もう一方の粒子または原子核は「ビーム」であり、特定のエネルギーを持つ入射粒子として扱われます）。

薄い物質シート（理想的には単一の同位体で構成されている）に入射する粒子の相互作用について、核反応速度式は次のように表される。

${\displaystyle r_{x}=\Phi \ \sigma _{x}\ \rho _{A}=\Phi \Sigma _{x}}$

どこ：

• $\displaystyle r_x}}$ : タイプ x の反応数、単位: [1/時間⋅体積]
• ${\displaystyle \Phi }$ ビーム束、単位：[1/面積⋅時間]
• $\displaystyle \sigma _{x}}$ 反応の顕微鏡断面${\displaystyle x}$単位: [面積] (通常は納屋または cm ² )。
• $\displaystyle \rho _{A}}$ : ターゲット内の原子密度（単位：[1/体積]）
• $\displaystyle \Sigma _{x}\equiv \sigma _{x}\ \rho _{A}}$:巨視的断面 [1/長さ]

よく遭遇する反応の種類は、散乱、${\displaystyle \gamma }$: 放射捕獲、a : 吸収（放射捕獲はこのタイプに属する）、f : 核分裂、断面積に対応する表記は次のとおりである。$\displaystyle \sigma _{s}}$、${\displaystyle \sigma _{\gamma }}$、$\displaystyle \sigma _{a}}$など。特殊なケースとして、全断面積がある。$\displaystyle \sigma _{t}}$これは、中性子が何らかの反応を起こす確率を示しています（${\displaystyle \sigma _{t}=\sigma _{s}+\sigma _{\gamma }+\sigma _{f}+\ldots }$)

正式には、上記の式は、巨視的断面積（反応 x について）を、（薄い）物質片に入射する粒子束と、その物質内で（単位体積あたりに）発生する反応数との間の比例定数として定義します。巨視的断面積と微視的断面積の違いは、前者が特定の物質の塊（その密度を含む）の特性であるのに対し、後者はある種の原子核の固有の特性であるという点にあります。

• 中性子断面積
• 散乱断面積

• 原子炉解析（著者：James J. Duderstadt、Louis J. Hamilton） - John Wiley & Sons, Inc. 発行
• パーキンス、ドナルド・H. (1999).高エネルギー物理学入門. ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-0-521-62196-0。
• Mubarakmand, Samar ; Masud Ahmad ; M. Anwar; MS Chaudhry (1977). 「中性子発生器による断面積測定」. The Nucleus . 42 ( 1– 2 ). Nilore, Islamabad: PINSTECH: 115– 185.