O que é seção transversal de nêutrons
Introdução
As seções cruzadas de nêutrons são parâmetros fundamentais na física nuclear, representando a probabilidade de várias interações entre nêutrons e núcleos atômicos. Compreender essas seções cruzadas é crucial para aplicações que vão desde o projeto de reatores nucleares até tratamentos médicos e pesquisas astrofísicas.
As seções cruzadas dos nêutrons variam de acordo com a energia do nêutron e o tipo de interação que ele sofre com um núcleo. Essas interações podem incluir espalhamento, absorção e fissão, cada uma desempenhando um papel vital em diferentes aplicações.
Tipos de interações de nêutrons
- Dispersão elástica: Os nêutrons colidem com os núcleos sem nenhuma perda de energia, mudando de direção.
- Espalhamento inelástico: Os nêutrons transferem alguma energia para o núcleo, resultando em excitação.
- Absorção: Os nêutrons são absorvidos pelo núcleo, podendo levar ao decaimento radioativo ou à fissão.
Aplicações das seções cruzadas de nêutrons
As seções cruzadas de nêutrons são fundamentais em várias aplicações:
- Projeto de reatores nucleares: Dados precisos de seção cruzada garantem a operação eficiente e segura do reator.
- Tratamentos médicos: A terapia com nêutrons se baseia em interações precisas de nêutrons para atingir células cancerosas.
- Astrofísica: Compreensão da nucleossíntese estelar e da composição de estrelas de nêutrons.
- Ciência dos materiais: Investigação das propriedades dos materiais por meio de técnicas de espalhamento de nêutrons.
Tabela de seção cruzada de nêutrons para elementos
A seção transversal de nêutrons de um elemento descreve a probabilidade de um nêutron interagir com os núcleos desse elemento. O valor geralmente é dado em unidades de barns (b), onde 1 barn = 10-2410^{-24} cm². A seção transversal é uma propriedade importante em campos como física nuclear, reatores nucleares e blindagem contra radiação.
Aqui está uma tabela que mostra os valores da seção transversal de nêutrons para vários elementos comuns, com foco nas seções transversais total, térmica e de fissão, quando disponíveis.
|
Elemento |
Isótopo |
Seção transversal total (b) |
Seção transversal de nêutrons térmicos (b) |
Seção transversal de captura (b) |
Seção transversal de fissão (b) |
|
Hidrogênio (H) |
Hidrogênio-1 |
20.5 |
5335 |
0.33 |
0 |
|
Carbono (C) |
Carbono-12 |
1.7 |
2.2 |
0.0035 |
0 |
|
Oxigênio (O) |
Oxigênio-16 |
0.02 |
0.0002 |
0.0001 |
0 |
|
Urânio (U) |
Urânio-238 |
280 |
2.7 |
0.1 |
50 |
|
Urânio (U) |
Urânio-235 |
1000 |
680 |
0.3 |
5800 |
|
Tório (Th) |
Tório-232 |
36 |
5.7 |
0.1 |
0 |
|
Plutônio (Pu) |
Plutônio-239 |
748 |
2.6 |
0.17 |
8400 |
|
Neptúnio (Np) |
Neptúnio-239 |
71 |
16.5 |
0.2 |
1600 |
|
Boro (B) |
Boro-10 |
384 |
3835 |
0.005 |
0 |
|
Boro (B) |
Boro-11 |
5.5 |
3.0 |
0.01 |
0 |
|
Ferro (Fe) |
Ferro-56 |
2.6 |
2.2 |
0.02 |
0 |
|
Cobalto (Co) |
Cobalto-59 |
35 |
0.2 |
0.02 |
0 |
|
Cobre (Cu) |
Cobre-63 |
5.1 |
0.4 |
0.01 |
0 |
|
Zinco (Zn) |
Zinco-64 |
3.0 |
0.1 |
0.01 |
0 |
|
Chumbo (Pb) |
Chumbo-208 |
0.22 |
0.0004 |
0.01 |
0 |
|
Níquel (Ni) |
Níquel-58 |
3.0 |
0.03 |
0.01 |
0 |
|
Silício (Si) |
Silício-28 |
1.0 |
0.2 |
0.001 |
0 |
|
Alumínio (Al) |
Alumínio-27 |
1.6 |
0.3 |
0.002 |
0 |
|
Magnésio (Mg) |
Magnésio-24 |
3.2 |
1.0 |
0.02 |
0 |
|
Cálcio (Ca) |
Cálcio-40 |
1.1 |
0.04 |
0.0008 |
0 |
|
Argônio (Ar) |
Argônio-40 |
0.04 |
0.006 |
0.0006 |
0 |
- O hidrogênio tem uma seção transversal de nêutrons térmicos muito alta, por isso é amplamente utilizado em aplicações de moderação de nêutrons (como a água em reatores).
- O urânio-235 e o plutônio-239 são materiais altamente físseis, o que os torna essenciais em reatores e armas nucleares.
- O boro tem uma seção transversal de captura de nêutrons muito grande, o que o torna útil em blindagem contra nêutrons e hastes de controle em reatores nucleares.
- O chumbo e o ferro têm seções transversais de interação com nêutrons baixas, o que os torna eficazes como materiais de proteção contra radiação.
- Para obter mais informações, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).
Perguntas frequentes
O que é uma seção cruzada de nêutrons?
A seção cruzada de nêutrons quantifica a probabilidade de um nêutron interagir com um núcleo específico, medida em unidades chamadas barns.
Por que as seções cruzadas de nêutrons são importantes em reatores nucleares?
Elas determinam como os nêutrons se comportam dentro do reator, afetando a sustentabilidade da reação em cadeia e a eficiência do reator.
Como as seções cruzadas de nêutrons variam com a energia?
Diferentes interações predominam em diferentes energias de nêutrons, o que leva a variações nos valores de seção cruzada entre as faixas de energia.
Onde posso encontrar dados detalhados da seção cruzada de nêutrons?
Dados abrangentes estão disponíveis em bancos de dados nucleares, como o National Nuclear Data Center (NNDC), e em publicações científicas especializadas.
As seções cruzadas de nêutrons podem ser usadas em aplicações médicas?
Sim, elas são essenciais na terapia com nêutrons, que tem como alvo as células cancerosas, minimizando os danos aos tecidos saudáveis.
