A neutronbefogás egy olyan nukleáris reakció , amelyben az atommag egyesül egy neutronnal , és nehezebb atommagot képez:
( A , Z ) + n → ( A +1, Z ) + γ .A neutron közel nulla kinetikus energiával is megközelítheti az atommagot, mivel elektromosan semleges, ellentétben a pozitív töltésű protonnal, amelyet csak kellően nagy energiával lehet befogni az elektrosztatikus taszítás leküzdéséhez.
Az atommag és a neutron kölcsönhatásának folyamata valószínűségi jellegű, és három fő séma szerint fordulhat elő:
Mindegyik lehetséges forgatókönyvnek megvan a maga valószínűsége, amelyet a kölcsönhatás keresztmetszete jellemez . A keresztmetszetek az atommag összetételétől és a neutron mozgási energiájától függenek.
A neutronbefogási reakció eredményeként ugyanannak a kémiai elemnek egy nehezebb izotópja képződik, rendszerint gerjesztett állapotban. Azokat a gerjesztett állapotokat, amelyek gerjesztési energiája kisebb, mint egy részecske vagy részecskecsoport kötési energiája egy adott magban, kötöttnek nevezzük . Ebben az esetben a gerjesztés csak egy vagy több gamma-sugár kibocsátásával távolítható el . Azokat az állapotokat, amelyek gerjesztési energiája nagyobb, mint a részecskék kötési energiája, kvázi-stacionáriusnak nevezzük . Ebben az esetben a mag részecskét vagy gamma sugarat bocsáthat ki. A nehéz magok hasadhatnak . A neutronbefogás utáni hasadási valószínűséget gyakran a befogási valószínűségtől elkülönítve veszik figyelembe, a hasadási keresztmetszetről beszélve .
A neutronbefogás eredményeként kialakuló izotóp lehet stabil és instabil (radioaktív) is. Az anyagok neutronbesugárzással történő aktiválása (különösen az atomreaktorokban ) a radioaktív hulladék jelentős forrása .
Az atommagok termikus neutronbefogásának tipikus keresztmetszete 1 barna nagyságrendű (közel a mag geometriai keresztmetszetéhez), azonban egyes nuklidok esetében több nagyságrenddel is eltérések mutatkoznak a befogási kereszt növekedése és csökkenése felé. szakaszt figyeljük meg. A gyors neutronok befogási keresztmetszete sokkal kisebb; az energia növekedésével a keresztmetszet a neutronsebességgel fordított arányban csökken.
Ismert anyagok keresztmetszetének rögzítése alacsony energiájú neutronokhoz (az úgynevezett "termikus" neutronokhoz)
Keresztmetszet rögzítése a bór-10- hez (felső grafikon) a neutronenergia függvényében. Az alacsony energiájú neutronok nagyon nagy befogási keresztmetszete miatt a bór-10-et széles körben használják a termikus neutronos atomreaktorok láncreakcióinak szabályozására .
A nukleáris technológia sarokköve a nehéz atommagok azon képessége, hogy befogjanak egy neutront, majd bomlással (hasadással) .
Ismert anyagok hasadási keresztmetszete termikus neutronokhoz
Az Ősrobbanás utáni első néhány percben a bariogenezis által termelt összes neutront vagy befogták a protonok ( deuteronokká ), vagy elbomlott . A fényelemek (deutérium, hélium, lítium) elsődleges bőségének mérése lehetővé teszi a korai Univerzum ezen időszakának tanulmányozását.
A neutronbefogás nagyon fontos a vasnál nehezebb elemek nukleoszintézisének folyamatában. Kétféle befogás létezik: egy gyors r-folyamat (nagy neutronsűrűség mellett megy végbe, amikor béta-radioaktív atommagok - a befogási termékeknek nincs idejük lebomlani a következő neutronbefogás előtt) és egy lassú s-folyamat (in ebben az esetben a rögzítési sebesség kisebb, mint a béta-bomlási sebesség).