Vizualizare sursă pentru „Secțiune eficace nucleară”

{{note de subsol|date=iunie 2018}}'''[[Secțiune eficace (fizică)|Secțiunea eficace]] nucleară''' a unui nucleu este folosită pentru a caracteriza [[probabilitate]]a ca o reacție nucleară să aibă loc.  Concetul de secțiune eficace nucleară poate fi cuantificat fizic ca o „suprafață caracteristică” unde o suprafață mai mare înseamnă o probabilitate de interacție mai mare. Unitatea de măsură standard pentru secțiunea eficace nucleară (notată prin σ) este [[Barn|barnul]], care este egal cu 10<sup>−28</sup> m² sau 10<sup>−24</sup> cm². Secțiunile eficace pot fi măsurate pentru toate procesele de interacție posibile împreună, caz în care acestea sunt numite ''secțiuni eficace totale'', sau pentru anumite procese, ca [[Împrăștiere elastică|împrăștierea elastică]] și [[Împrăștiere inelastică|împrăștierea inelastică]]; pentru aceasta din urmă, ''secțiunile eficace de absorbție'' prezintă un interes deosebit printre ''secțiunile eficace neutronice''.

În fizica nucleară se obișnuiește considerarea particulei incidente ca particulă punctuală, cu diametru neglijabil. Secțiunile eficace se pot calcula pentru orice fel de proces, precum împrăștiere-captură, producție de neutroni, etc. În multe cazuri, numărul de particule emise sau împrăștiate în procesele nucleare nu se măsoară direct; se măsoară numai atenuarea produsă într-un fascicul paralel de particule incidente prin interpunerea unei grosimi cunoscute dintr-un anumit material. Secțiunea eficace obținută în acest fel se numește secțiune eficace totală și este notată de obicei cu σ sau σ<sub>T</sub>.

Razele nucleare tipice sunt de ordinul 10<sup>−14</sup> m. Presupunând forma sferică, ne așteptăm ca secțiunea eficace a reacțiilor nucleare să fie de ordinul π''r''&thinsp;² sau 10<sup>−28</sup> m² (adică 1 barn). Secțiunile eficace observate diferă foarte mult între ele - de exemplu, [[Neutron termic|neutronii lenți]] absorbiți în reacția (n, <math>\gamma</math>) prezintă o secțiune eficace mult mai mare de 1000 barni în unele cazuri (bor-10, cadmiu-113, și xenon-135), iar secțiunile eficace pentru [[Transmutație nucleară|transmutații]] în absorbția [[Radiație gama|razelor gama]] se află în domeniul de 0,001 barni.

==Secțiune eficace macroscopică==

Secțiunile eficace nucleare sunt folosite la determinarea vitezei de [[reacție nucleară]], și sunt guvernate de ecuația vitezei de reacție pentru o anumită serie de particule (privite de obicei ca un experiment mental cu „fascicul și țintă” în care o particulă sau un nucleu este „ținta” [de obicei în repaus] iar cealaltă este tratată ca un „fascicul” [proiectil cu o anumită energie]).

Pentru interacțiile neutronilor incidenți pe o foiță subțire de material (ideal produs dintr-un singur tip de [[izotop]]), ecuația vitezei de reacție nucleară se scrie ca:

:<math>r_x = \Phi  \  \sigma_x \ \rho_A = \Phi \Sigma_x </math>

unde:
* <math>r_x</math> : numărul de reacții de tipul x, unități: [1/timp/volum]
* <math>\Phi</math> : fluxul fasciculului, unități: [1/suprafață/timp]
* <math>\sigma_x</math> : secțiunea eficace microscopică a reacției <math>x</math>, unități: [suprafață] (de obicei [[Barn|barni]] sau cm<sup>2</sup>).
* <math>\rho_A</math> : densitatea de atomi din țintă în unități de [1/volum]
* <math>\Sigma_x \equiv \sigma_x \ \rho_A</math>: secțiune eficace macroscopică [1/lungime]

Tipurile de reacții întâlnite frecvent sunt ''s'': împrăștiere, <math>\gamma</math>: captură radiativă, ''a'': absorbție (captura radiativă aparține acestui tip), ''f'': fisiune, notațiile corespunzătoare pentru secțiunea eficace fiind: <math>\sigma_s</math>, <math>\sigma_\gamma</math>, <math>\sigma_a</math>, etc. Un caz special este secțiunea eficace totală <math>\sigma_t</math>, care dă probabilitatea ca un neutron să participe la orice fel de reacție (<math>\sigma_t = \sigma_s + \sigma_\gamma + \sigma_f + ...</math>).

Formal, ecuația de mai sus ''definește'' secțiunea eficace neutronică macroscopică (pentru reacția x) ca și constantă de proporționalitate între un flux de neutroni incident pe o bucată (subțire) de material și numărul de reacții care au loc (în unitatea de volum) în acel material. Secțiunea eficace macroscopică se deosebește de secțiunea eficace microscopică, fiind o proprietate a unei anumite cantități de material (cu densitatea sa), iar cea din urmă este o proprietate intrinsecă a unui tip de nucleu.

== Valori tipice ale secțiunilor eficace ==
[[File:Secțiune eficace Americiu 241 în funcție de energia unui neutron incident.png|thumb|Secțiuni eficace pentru izotopul Americiu 241 în funcție de energia unui neutron incident. Graficul este produs cu [http://www.senuc.gq/senuc.html SENUC], iar sursa datelor este fișierul JEFF 3.2.]]
În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile pentru câteva secțiuni eficace care au importanță pentru funcționalitatea neutronilor în reactoarele pe bază de apă. Secțiunile eficace din domeniul termic sunt mediate conform spectrului Maxwell corespunzător iar secțiunile eficace din domeniul rapid sunt mediate conform spectrului neutronilor de fisiune a uraniului 235. Secțiunile eficace provin din biblioteca de date JEFF.

Secțiunea eficace a neutronilor poate fi foarte mare dacă neutronul intră în rezonanță cu nucleul.

{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0"  style="margin:auto; text-align:center;"
|----- bgcolor=#d3d3d3
| colspan="2" rowspan="2" | 
| colspan="3" | '''Secțiune eficace termică''' <br>(barni) 
| colspan="3" | '''Secțiune eficace rapidă''' <br>(barni)
|----- bgcolor=#f5f5f5
| Împrăștiere
| Captură
| Fisiune
| Împrăștiere
| Captură
| Fisiune
|----- bgcolor=#b3d9ff
| rowspan="4" | [[Moderator neutronic|Moderator]] și <br>refrigerant
| H-1
| 20
| 0,2<br>(0,332)
| -
| 4
| 4•10<sup>−5</sup>
| -
|------ bgcolor=#b3d9ff
| D-2
| 4
| 3•10<sup>−4</sup><br>(0,51•10<sup>−3</sup>)
| -
| 3
| 7•10<sup>−6</sup>
| -
|------ bgcolor=#b3d9ff
| C (nat)
| 5
| 2•10<sup>−3</sup><br>(3,4•10<sup>−3</sup>)
| -
| 2
| 1•10<sup>−5</sup>
| -
|------ bgcolor=#b3d9ff
| Na
| 	 	 	
| 0,515 
| -
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8f880"
| rowspan="10" | Structuri<br>și altele
| Zr
| 
| (0,182)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8f880"
| <sup>90</sup>Zr
| 5
| 6•10<sup>−3</sup><br>(0,1)
| -
| 5
| 6•10<sup>−3</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8f880"
| Fe
| 
| (2,56)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8f880"
| <sup>56</sup>Fe
| 10
| 2<br>(2,5)
| -
| 20
| 3•10<sup>−3</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8f880"
| Cr
| 
| (3,1)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8f880"
| <sup>52</sup>Cr
| 3
| 0,5<br>(0,76)
| -
| 3
| 2•10<sup>−3</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8f880"
| Ni
| 
| (4,54)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8f880"
| <sup>58</sup>
| 20
| 3<br>(4,4)
| -
| 3
| 8•10<sup>−3</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8f880"
| O
| 
| (0,267•10<sup>−3</sup>)
| 
| 
| 
| -
|------ bgcolor="#f8f880"
| O-16
| 4
| 1•10<sup>−4</sup><br>(0,178•10<sup>−3</sup>)
| -
| 3
| 3•10<sup>−8</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| rowspan="11" | [[Otravă de neutroni|Otrava <br>neutronilor]]
| B
| 
| (763,4)
| -
| 
| 
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| B-10
| 2
| 2•10<sup>3</sup><br>(3 836)
| -
| 2
| 0,4
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Hf
| 
| (103)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Cd
| 
| (2,45•10<sup>3</sup>)
| 
| 
| 
| 
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Cd-113
| 100
| 3•10<sup>4</sup><br>(2•10<sup>4</sup>)
| -
| 4
| 0,05
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Xe-135
| 4•10<sup>5</sup>
| 2•10<sup>6</sup><br>(2,65•10<sup>6</sup>)
| -
| 5
| 8•10<sup>−4</sup>
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| In-115
| 2
| 100<br>(85)
| -
| 4
| 0,2
| -
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Gd
| 
| (49•10<sup>3</sup>)
| 
|
| 
| 
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Gd-155
| 
| (61•10<sup>3</sup>)
| 
| 
|
|  
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Gd-157
| 
|  200•10<sup>3</sup><br>(2,54•10<sup>3</sup>)
| 
| 
|
|  
|------ bgcolor="#f8a0a0"
| Sm-149
| 
|  74,5•10<sup>3</sup><br>(41•10<sup>3</sup>)
| 
| 
| 
| 
|----- bgcolor=#f8e0f0
| rowspan="7" | [[Combustibil nuclear|Combustibil]]
| U-233
| 
| (52,8)
| (588,9)
| 
| 
| 
|----- bgcolor=#f8e0f0
| <sup>235</sup>U
| 10
| 60<br>(100,5)
| 300<br>(579,5)
| 4
| 0,09
| 1
|----- bgcolor=#f8e0f0
| <sup>238</sup>U
| 9 (8,9)
| 2<br>(2,720)
| 2•10<sup>−5</sup>
| 5
| 0,07
| 0,331
|----- bgcolor=#f8e0f0
| Pu-239
| 8
| 0,04<br>(265,7)
| 700<br>(742,4)
| 5
| 0,05
| 2
|----- bgcolor=#f8e0f0
| Pu-240
| 
| 1299,4
| 0,0
| 
| 
| 
|----- bgcolor=#f8e0f0
| Pu-241
| 
| 494,1
| 1806,5
| 
| 
| 
|----- bgcolor=#f8e0f0
| Pu-242
| 
| 141,05
| 0,0
| 
| 
| 
|}

==Vezi și==
* [[Secțiune eficace neutronică]]
* [[Secțiune eficace de împrăștiere]]

==Bibliografie==
* ''Analiza reactoarelor nucleare'' de James J. Duderstadt și Louis J. Hamilton - ''Publicat de John Wiley & Sons, Inc.'' (en.)
* {{cite book | author=Perkins, Donald H. | title=Introducere în fizica energiilor înalte | publisher=Cambridge University Press (en.) | year=1999 | isbn=0-521-62196-8}}


==Legături externe==
* [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/nuclear/nucrea.html#c3 Secțiuni eficace nucleare] (en.)
* [http://www-nds.iaea.org/ IAEA - Servicii de Date Nucleare] (en.)
* [http://www.senuc.ml/senuc.html SENUC - trasează grafice ale secțiunilor eficace pentru date nucleare] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20190606163952/http://www.senuc.ml/senuc.html |date=2019-06-06 }} (derivat din [http://www.cross-section-plotter.com/ ShimPlotWell] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20181002070852/http://www.cross-section-plotter.com/ |date=2018-10-02 }})

[[Categorie:Fizică nucleară]]