Neutronenstrahlung
Neutronenstrahlung ist eine ionisierende Strahlung, die aus freien Neutronen (mit u. U. verschiedener kinetischer Energie) besteht.
Da Neutronen elektrisch neutral sind, haben die Ladungen der Atomkerne und der Elektronen in Materie auf ihre Bewegung keinen Einfluss. Neutronenstrahlung durchdringt Materie dadurch relativ leicht. Der ionisierende Effekt entsteht indirekt, meist durch Anstoßen von leichten Atomkernen bzw. deren Bestandteilen (z.B. Protonen), die dann ihrerseits ionisierend wirken. Durch solche Stöße werden die Neutronen energieärmer (langsamer).
Die Hauptwirkung von langsamen, insbesondere thermischen Neutronen beruht auf ihrer Fähigkeit, sich an Atomkerne anzulagern (Neutroneneinfang). Dabei bildet sich ein Isotop dieses Atoms mit um eins erhöhter Massenzahl. Viele solcher Isotope sind radioaktiv, so dass auch noch sehr lange nach einer Neutronenbestrahlung Strahlung auftreten kann. Der freie Zustand des Neutrons – und somit die Neutronenstrahlen – endet in materieller Umgebung nach kürzester Zeit fast immer in einer solchen Einfangreaktion; nur sehr wenige Neutronen "erleben" ihren radioaktiven Zerfall.
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, ebenso bei der Kernfusion.
Eine weitere starke Quelle sind Neutronenbomben. Sie sollen mit Hilfe von Neutronenstrahlung 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 auf Lebewesen
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
der deutschen Strahlenschutzverordnung 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 absorbiert. Die begleitende Gammastrahlung kann schließlich durch eine Schicht aus Blei reduziert werden.
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 08.04. 2022