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2025-02-27T11:36:59Z

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'''Neutroneneinfang''' (Bezeichnung in der [[Kernphysik]] und [[Kerntechnik]]; engl. ''neutron capture'') oder '''Neutronenanlagerung''' (Bezeichnung in der [[Astrophysik]]) ist im engeren Sinne eine [[Kernreaktion]], bei der ein [[Atomkern]] ein [[Neutron]] [[Absorption (Physik)|absorbiert]], ohne dass dabei Teilchen mit [[Masse (Physik)|Masse]] freigesetzt werden. Der Kern gibt die gewonnene [[Bindungsenergie]] vielmehr als [[Gammastrahlung]] ab. Nach seiner Formelschreibweise – Beispiele siehe unten – wird dieser Reaktionstyp auch ''n-gamma-Reaktion'' genannt.<ref>Vgl. B. L. Cohen, ''Concepts of Nuclear Physics'', McGraw-Hill 1971, S. 338.</ref>

Allerdings werden gelegentlich auch Neutronenreaktionen ''mit'' Emission von Masseteilchen als Neutroneneinfang bezeichnet, besonders dann, wenn ihre [[Anregungsfunktion]] jener der n-gamma-Reaktionen ähnelt. Dies gilt beispielsweise für die n-alpha-Reaktion an Bor-10, wie etwa die Bezeichnung ''[[Bor-Neutroneneinfangtherapie]]'' zeigt.

Da das Neutron im Gegensatz zum [[Proton]] keine [[elektrische Ladung]] trägt und daher vom Atomkern nicht abgestoßen wird, kann es sich ihm auch mit geringer [[Bewegungsenergie]] leicht nähern. Der [[Wirkungsquerschnitt]] für den Einfang ist sogar im Allgemeinen bei [[Thermisches Neutron|thermisch]]er, also sehr kleiner, Neutronenenergie besonders groß.

In [[Stern]]en läuft die Neutronenanlagerung als [[S-Prozess|s-]] oder [[r-Prozess]] ab. Sie spielt in der kosmischen [[Nukleosynthese]] eine wichtige Rolle, denn sie erklärt die Entstehung der [[Chemisches Element|Elemente]] mit [[Massenzahl]]en oberhalb etwa 60, also der Atome, die schwerer als [[Eisen]]- oder [[Nickel]]atome sind. Diese können durch [[thermonukleare Reaktion]]en, d. h. durch [[Kernfusion]], in Sternen ''nicht'' gebildet werden.

In normaler Umgebung auf der Erde freigesetzte Neutronen werden in den allermeisten Fällen, nachdem sie auf thermische Energie abgebremst sind, von Kernen in dieser Weise eingefangen. Technische Anwendungen des Neutroneneinfangs sind beispielsweise:
* Steuerung von [[Kernreaktor]]en und [[Abschirmung (Strahlung)|Abschirmung]] gegen Neutronenstrahlung (siehe [[Neutronenabsorber]]),
* Gewinnung bestimmter [[Radionuklid]]e.

== Neutroneneinfang bei kleinem Neutronenfluss ==
Bei nicht zu hohem [[Neutronenfluss]], etwa bei Neutronenbestrahlung in einem [[Kernreaktor]], wird jeweils ein Neutron von einem Atomkern eingefangen. Die [[Massenzahl]] (Zahl der Nukleonen im Kern) steigt dadurch um 1. Beispielsweise entsteht bei Bestrahlung von natürlichem [[Gold]], 197Au, das Goldisotop 198Au in einem hochangeregten Zustand, der sehr schnell durch Aussendung eines [[Gammastrahlung|γ-Quants]] zum Grundzustand des 198Au übergeht. In Formelschreibweise:

:<math>\mathrm{{^{197}_{\ 79}Au} + n\rightarrow{^{198}_{\ 79}Au}} + \gamma</math>

oder kurz:

:<math>\mathrm{^{197}Au(n,\gamma) ^{198}Au}</math>

Das Goldisotop 198Au ist ein [[Betastrahlung|β−-Strahler]], sein Kern zerfällt also durch Emission eines [[Elektron]]s und eines Elektron-[[Antineutrino]]s zu dem Quecksilberisotop 198Hg.

Der oben erwähnte [[s-Prozess]] im Inneren von Sternen läuft im Wesentlichen genauso ab.

=== Bedeutung in der Kerntechnik ===
Am gewöhnlichen [[Wasserstoff]] gibt es eine Einfangreaktion mit merklichem [[Wirkungsquerschnitt]]:
:<math>\mathrm{^{1}H(n,\gamma)^{2}H} + 2,2\, \mathrm{MeV}</math>.

Diese Absorption am Wasserstoff bewirkt, dass ein [[Leichtwasserreaktor]] mit [[Natururan]] nicht [[Kritikalität|kritisch]] werden kann. Dieses Problem wurde umgangen durch [[Urananreicherung]] oder durch den Bau von [[Schwerwasserreaktor]]en sowie [[Graphitmoderierter Kernreaktor|graphitmoderierten Reaktoren]].

Auch die zur Reaktorsteuerung und in [[Abschirmung (Strahlung)|Abschirmungen]] gegen Neutronen verwendeten [[Neutronenabsorber]] beruhen meist auf Neutroneneinfang.

Im [[Kernbrennstoff]] [[Uran]] bilden sich durch Neutroneneinfang [[Transurane]], vor allem [[Plutonium]] - im [[Brutreaktor]] intendiert, sonst eher als Nebenprodukt. Ein erheblicher Teil der besonders stark radioaktiven langlebigen nuklearen Abfälle entsteht durch (wiederholten) Neutroneneinfang. Neben den Auswirkungen auf die Endlagerfähigkeit unterscheidet sich auch die Spaltbarkeit der entstandenen Isotope teilweise deutlich vom ursprünglichen Kernbrennstoff.

== Neutroneneinfang bei großem Neutronenfluss ==
Beim [[r-Prozess]] im Sterninnern ist die [[Neutronenflussdichte]] so hoch, dass der Atomkern zwischen den Neutroneneinfängen „keine Zeit“ für den Betazerfall hat, d. h., der mittlere Zeitabstand zwischen den Neutroneneinfängen ist kurz im Vergleich zur [[Halbwertszeit]] des Betazerfalls. Die Massenzahl nimmt dadurch stark zu, ohne dass die Ordnungszahl steigt. Erst anschließend zerfallen die entstandenen hoch instabilen [[Nuklid]]e durch jeweils mehrere aufeinander folgende β−-Zerfälle zu stabilen oder stabileren (langlebigeren) Nukliden mit entsprechend höheren Ordnungszahlen.

== Siehe auch ==
* [[Protonenanlagerung]]

== Literatur ==
{{Siehe auch|Kerntechnik|Neutron|Kernphysik}}
* [[Arnold Hanslmeier]]: ''Einführung in Astronomie und Astrophysik''. 2. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4171635-8|LCCN=sh85091223}}

[[Kategorie:Astrophysikalischer Prozess]]
[[Kategorie:Kernphysik]]

Neutroneneinfang - Versionsgeschichte

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