Techniklexikon

Ausbeute von Kernreaktionen

das Verhältnis Y der Reaktionsrate  einer Kernreaktion, die durch den Beschuss eines Targets mit einem Teilchenstrahl hervorgerufen wird, zum Teilchenstrom : . Im allgemeinen ist Y << 1, da die meisten Geschosspartikel ihre Energie durch Ionisation der Atome verlieren, ohne auf einen Kern zu treffen; der Wert der Ausbeute hängt stark von der Energie der Geschosskorpuskeln ab, und zwar für elektrisch geladene Teilchen (a-Teilchen, Protonen etc.) in anderer Weise als für ungeladene Teilchen wie z.B. Neutronen. Bei geladenen Projektilen nimmt die Ausbeute bei den meisten Kernreaktionen mit steigender Energie der Geschosse zunächst stark zu, um nach Überschreiten einer gewissen Energie wieder langsam abzunehmen. Neben dieser stetigen Energieabhängigkeit gibt es auch oft bei ganz bestimmten Energien abnorm hohe Ausbeuten (Resonanzenergien). Für Neutronen als Geschosse, die ja nicht gegen die Coulomb-Abstossung des Kerns anlaufen müssen, ist die Ausbeute bei sehr niedrigen Energien - bei Bruchteilen eines eV - besonders hoch, da die Partikel sich dann am längsten in Kernnähe befinden. Mit zunehmender Energie werden die Neutronen schneller, was zu einer verminderten Ausbeute möglicher Kernreaktionen führt; Ausnahme sind wieder die sogenannten Resonanzenergien.

Die Ausbeute einer Kernreaktion kann in einen Wirkungsquerschnitt für den betreffenden Prozess umgerechnet werden. Generell ist für dünne Tragets die Ausbeute Y der Reaktion A(a,b)B gegeben durch

wobei  die Reaktionsrate bei dem Teilchenstrom  für den für diese Reaktion bei einer festen Energie der einfallenden Teilchen a charakteristischen Wirkungsquerschnitt s_ab ist. Dabei bezeichnet  die Zahl der Targetkerne pro Targetfläche.

Wird ein dickes Target benutzt, um z.B. eine möglichst hohe Teilchenrate von b zu erzeugen, wie z.B. in bestimmten Fällen der Neutronenproduktion an Beschleunigern, dann wird der Strahl völlig abgebremst, so dass die Reaktion im gesamten Energiebereich E_a...0 stattfindet. Für ein homogenes Target ergibt sich dann

,

wobei (dE/dx) der spezifische Energieverlust durch Ionisationsbremsung ist.