Techniklexikon

Spallation

Kernphysik, Kernreaktion vom Typ A(p, x n, y p)B nach Beschuss mit hochenergetischen Protonen (Einschussenergie oberhalb einiger hundert MeV). Im Targetkern A läuft durch mehrfache Stösse der Reaktionspartner mit anderen Kernnukleonen eine innernukleare Kaskade ab, die zur Emission von x Neutronen und y Protonen und der Entstehung des Restkerns B führt (Fragmentation). Durch Spallation lassen sich neutronenarme Radionuklide erzeugen. Das resultierende Neutronenspektrum weist einen starken Anteil von Neutronen nahe der Einschussenergie aus direkten Reaktionen und eine breite Verteilung zu niedrigeren Energien hin auf. Die Neutronenausbeute nimmt mit der Massenzahl des Targetkerns zu. Für schwere Targetkerne wie Wolfram oder Uran entstehen für einen Protonenstrahl von 1 GeV im Mittel 25 bis 40 Neutronen. Mit einer entsprechenden mittleren Energie von 40 bis 25 MeV pro emittiertem Neutron ist die Spallation bei Verwendung ausreichend massiver Targets damit interessant als schnelle Neutronenquelle für Materialuntersuchungen und als externe Neutronenquelle für einen ansonsten unterkritischen Hybrid-Reaktor. Bei Ummantelung des Targets mit Uran oder Plutonium kann durch Kernspaltung bzw. (n, 2n)- und (n, 3n)-Reaktionen eine bis zu zehnfache Neutronenmultiplikation und über Einfangreaktionen das Brüten der Reaktorbrennstoffnuklide ²³³U und ²³⁹Pu bzw. auch die Transmutation langlebiger Radionuklide erzielt werden.