miniatura|297x297px|Secció transversal de la reacció de fusió nuclear de DT, DD, D-He3, p-B11 i Helium3. Aquestes velocitats es mesuren en secció transversal (M^2) La secció transversal nuclear d'un nucli s'utilitza per descriure la probabilitat que es produeixi una reacció nuclear. El concepte de secció transversal nuclear es pot quantificar físicament en termes d'"àrea característica", on una àrea més gran significa una probabilitat més gran d'interacció. La unitat estàndard per mesurar una secció transversal nuclear (denotada com a ) és el barn, que és igual a , o Les seccions transversals es poden mesurar per a tots els processos d'interacció possibles junts, en aquest cas s'anomenen seccions transversals totals, o per a processos específics, distingint entre dispersió elàstica i dispersió inelàstica; d'aquesta última, entre les seccions transversals de neutrons, les seccions transversals d'absorció són d'especial interès.
En física nuclear és convencional considerar les partícules incidents com a partícules puntuals amb un diàmetre negligible. Les seccions transversals es poden calcular per a qualsevol procés nuclear, com ara la dispersió per captura, la producció de neutrons o la fusió nuclear. En molts casos, el nombre de partícules emeses o disperses en els processos nuclears no es mesura directament; simplement es mesura l'atenuació produïda en un feix paral·lel de partícules incidents per la interposició d'un gruix conegut d'un material concret. La secció transversal obtinguda d'aquesta manera s'anomena secció transversal total i normalment es denota per a o .
Els radis nuclears típics són de l'ordre de 10−15 m. Si assumim una forma esfèrica, esperem que les seccions transversals de les reaccions nuclears siguin de l'ordre de o (és a dir, 1 barn). Les seccions transversals observades varien enormement: per exemple, els neutrons lents absorbits per la (n, γ) mostren una secció transversal molt superior a 1.000 barns en alguns casos (bor-10, cadmi-113 i xenó-135), mentre que les seccions transversals per a transmutacions per absorció de raigs gamma es troben a la regió de 0,001 barn. miniatura|Secció transversal de captura i fissió de neutrons a la regió tèrmica
Secció transversal microscòpica i macroscòpica Les seccions transversals nuclears s'utilitzen per determinar la velocitat de reacció nuclear i es regeixen per l'equació de velocitat de reacció per a un conjunt particular de partícules (normalment vist com un experiment mental de "feix i objectiu" on una partícula o nucli és l'"objectiu", que normalment està en repòs, i l'altre es tracta com un "feix", que és un projectil amb una energia determinada).
Per a les interaccions de partícules que incideixen sobre una làmina fina de material (idealment feta d'un sol isòtop), l'equació de la velocitat de reacció nuclear s'escriu com:
on:
: nombre de reaccions de tipus x, unitats: [1/temps⋅volum] : flux de feix, unitats: [1/àrea⋅temps] : secció transversal microscòpica per a la reacció , unitats: [àrea] (normalment barns o cm2). : densitat d'àtoms a l'objectiu en unitats de [1/volum] : secció transversal macroscòpica [1/longitud]
Els tipus de reaccions que es troben amb freqüència són: dispersió, γ: captura radiativa, a: absorció (la captura radiativa pertany a aquest tipus), f: fissió, la notació corresponent per a les seccions transversals és: , , , etc. Un cas especial és la secció transversal total , que dóna la probabilitat que un neutró experimenti qualsevol tipus de reacció ( ).
Formalment, l'equació anterior defineix la secció transversal macroscòpica (per a la reacció x) com la constant de proporcionalitat entre un flux de partícules que incideix sobre una peça (prima) de material i el nombre de reaccions que es produeixen (per unitat de volum) en aquest material. La distinció entre la secció transversal macroscòpica i la microscòpica és que la primera és una propietat d'un tros específic de material (amb la seva densitat), mentre que la segona és una propietat intrínseca d'un tipus de nucli.
Referències
Categoria:Energia nuclear