Neutronenstrahlung


Neutronenstrahlung

Neutronenstrahlung ist eine ionisierende Strahlung, deren Bestandteile Neutronen sind.

Da Neutronen elektrisch neutral sind, hat Neutronenstrahlung in Materie eine hohe Durchdringungskraft, ähnlich wie Gammastrahlung. Der ionisierende Effekt entsteht indirekt, meist durch Anstoßen von leichten Atomkernen bzw. deren Bestandteilen (z. B. Protonen), die dann ihrerseits ionisierend wirken.

Quellen

Die kosmische Strahlung setzt in der Atmosphäre oder am Boden durch Wechselwirkung mit Molekülen natürliche Neutronenstrahlung frei. Durch natürlichen Zerfall von Atomkernen entsteht Neutronenstrahlung selten; man stellt sie künstlich mit Hilfe von Neutronenquellen her. Im Kernreaktor werden bei der Kernspaltung Neutronen freigesetzt.

Eine weitere starke Quelle sind Neutronenbomben. Sie sollen mit Hilfe von Neutronenstrahlung die Personen im Zielgebiet töten, aber Gebäude und Infrastruktur relativ unbeschädigt lassen, um so eine erneute Nutzung zu ermöglichen.

Nutzung

In der Materialforschung werden Neutronenstrahlen eingesetzt, um die atomare oder molekulare Struktur von Festkörpern zu bestimmen (Neutronenstreuung). Zur Überwachung der Unterkritikalität eines Kernreaktors kann die Neutronenstrahlung z. B. einer Radium-Beryllium-Neutronenquelle verwendet werden. Bei der Strahlentherapie maligner Tumoren wurde versucht, Krebszellen mit Neutronenstrahlen abzutöten – jedoch zeigten sich rasch starke Nebenwirkungen im gesunden Gewebe, was zu einem Abrücken von der Nutzung von Neutronen in der Radioonkologie führte.

Schädliche Wirkung

Die wichtigste Schadwirkung schneller Neutronen in lebendem Gewebe ist die elastische Streuung an Wasserstoff. Sie erzeugt Rückstoßprotonen, die ihrerseits stark ionisierend und damit im Gewebe schädlich wirken.

Eine indirekte Schädigung durch thermische Neutronenstrahlung kommt durch die Gammastrahlung zustande, die beim Einfang des Neutrons an Wasserstoff entsteht.

Die Schädlichkeit von Neutronenstrahlung zeigt sich auch an den hohen Strahlungswichtungsfaktoren $ \mathrm{w_R} $ der deutschen Strahlenschutzverordung mit Werten von 5 bis 20.

Außerdem kann schnelle wie auch thermische Neutronenstrahlung stabile Atomkerne durch Kernreaktionen in radioaktive Atomkerne umwandeln – die sogenannte Aktivierung.

Abschirmung

Die Abschirmung von Neutronenstrahlung erfolgt meist mit mehreren Prozessen (siehe auch Abschirmung (Strahlung)): Ein Moderator, zum Beispiel Wasser, Paraffin oder PVC, bremst schnelle freie Neutronen ab und wandelt einen Teil der kinetischen Energie in Wärme um. Die dann thermischen Neutronen werden von beispielsweise Cadmium oder Bor adsorbiert. Die begleitende Gammastrahlung kann schließlich durch eine Schicht aus Blei reduziert werden.

Siehe auch

Weblinks