核断面

核の核断面は、核反応が発生する確率を特徴付けるために使用されます。核断面積の概念は、「特性領域」の観点から物理的に定量化できます。ここで、面積が大きいほど相互作用の可能性が大きくなります。核断面積を測定するための標準単位（σと表記）は納屋で、10-28m²または10-24cm²に相当します。断面積は、考えられるすべての相互作用プロセスについて一緒に測定できます。この場合、それらは全断面積と呼ばれ、特定のプロセスでは弾性散乱と非弾性散乱を区別します。後者の場合、中性子断面積のうち、吸収断面積が特に重要です。

核物理学では、衝突粒子を無視できる直径の点粒子と考えるのが一般的です。断面積は、捕獲散乱、中性子の生成など、あらゆる種類のプロセスで計算できます。多くの場合、核プロセス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。特定の材料の既知の厚さを挿入することにより、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は、総断面と呼ばれ、通常、σまたはσTで表されます。

典型的な核半径は10-14 mのオーダーです。球形と仮定すると、我々は、したがって、核反応のために断面がπrの ²または10-28㎡（すなわち1つの納屋）のオーダーであることを期待します。観察される断面積は非常に大きく異なります。たとえば、（n、γ{\ displaystyle \ gamma}）反応によって吸収される遅い中性子は、場合によっては1,000バーンよりもはるかに高い断面積を示します（ホウ素10、カドミウム113、およびキセノン- 135）、ガンマ線吸収による核変換の断面積は0.001バーン程度です。

巨視的断面

核断面積は、核反応速度の決定に使用され、特定の粒子セットの反応速度方程式によって支配されます（通常、1つの粒子または核が「標的」であり、その他は「ビーム」として扱われます）。

材料の薄いシート（理想的には単一タイプの同位体でできている）に入射する中性子相互作用の場合、核反応速度式は次のように記述されます。

rx =ΦσxρA=ΦΣx{\ displaystyle r_ {x} = \ Phi \ \ sigma _ {x} \ \ rho _ {A} = \ Phi \ Sigma _ {x}}

どこ：

rx {\ displaystyle r_ {x}}：タイプxの反応数、単位：
Φ{\ displaystyle \ Phi}：ビーム束、単位：
σx{\ displaystyle \ sigma _ {x}}：反応x {\ displaystyle x}の顕微鏡断面、単位：（通常は納屋またはcm2）。
ρA{\ displaystyle \ rho _ {A}}：ターゲットの原子密度
Σx≡σxρA{\ displaystyle \ Sigma _ {x} \ equiv \ sigma _ {x} \ \ rho _ {A}}：巨視的な断面

頻繁に発生する反応のタイプはs ：散乱、γ{\ displaystyle \ gamma}：放射性捕獲、 a ：吸収（放射性捕獲はこのタイプに属します）、 f ：核分裂、断面の対応する表記法：σs{\ displaystyle \ sigma _ {s}}、σγ{\ displaystyle \ sigma _ {\ gamma}}、σa{\ displaystyle \ sigma _ {a}}など。特別な場合は、断面の合計σt{\ displaystyle \ sigma _ {t}}は、中性子があらゆる種類の反応を起こす確率を示します（σt=σs+σγ+σf+ ... {\ displaystyle \ sigma _ {t} = \ sigma _ {s} + \ sigma _ {\ gamma} + \ sigma _ {f} + ...}）。

正式には、上記の方程式は、巨視的な中性子断面積（反応xの場合）を、材料の（薄い）部分に入射する中性子束とその材料で発生する反応の数（単位体積あたり）の間の比例定数として定義します。巨視的断面と微視的断面の違いは、前者が特定の物質の塊の特性（密度を伴う）であるのに対し、後者はある種の核の固有の特性であるということです。