Bremsvermögen

Bremsvermögen,

 

Physik: die Fähigkeit eines Stoffes, Teilchenstrahlung zu verlangsamen; auch Bezeichnung für verschiedene physikalische Größen als Maße für diese Eigenschaft. Bei der Abbremsung ionisierender Teilchen (v. a. Elektronen, Alphateilchen) infolge ihrer elektromagnetischen Wechselwirkung mit den Atombausteinen der durchquerten Materie dient als Maß das lineare Bremsvermögen S = - dE/dx, der mittlere Energieverlust dE pro Wegelement dx. Für S gilt die blochsche Bremsformel, für Elektronen speziell die Bethe-Bloch-Formel, nach denen S proportional zur Anzahl n der Atome pro cm³ sowie zur Kernladungszahl des Stoffes ist und die eine Energieabhängigkeit liefern. Der Energieverlust erfolgt zwar in diskreten Schritten (sukzessive Stöße von Teilchen und Atomen), die jedoch im Allgemeinen so klein sind, dass der Energieverlust hochenergetischen Teilchen als kontinuierlich angesehen werden kann. Daraus erhält man das atomare Bremsvermögen S_a = S/n und mit der Massendichte ρ das Massenbremsvermögen S_m = S/ρ.

 

In der Reaktorphysik bezeichnet das Bremsvermögen die Fähigkeit eines Stoffes, schnelle Neutronen abzubremsen, d. h., sie zu verlangsamen. Das Bremsvermögen eines Stoffes für Neutronen ist als Produkt aus dem makroskopischen Streuquerschnitt Σ_S (Stoß- oder Streuwahrscheinlichkeit je cm Wegstrecke) und dem mittleren logarithmischen Energiedekrement je Stoß definiert: S = ξ Σ_S (E_i+1/E_i: Verhältnis der Neutronenenergie vor und nach einem elastischen Stoß oder einer elastischen Streuung). ξ ist nur von der Massenzahl der Atomkerne abhängig und daher für jeden Stoff eine Konstante. Dieses Bremsvermögen beträgt z. B. für Wasser 1,36 cm^-1, für schweres Wasser 0,18 cm^-1, für Beryllium 0,16 cm^-1, für Graphit 0,06 cm^-1 (bezogen auf eine Stofftemperatur von 20 ºC). Die Wirksamkeit eines Moderators hängt jedoch nicht nur vom Bremsvermögen ab, das die Neutronenabsorption nicht berücksichtigt, sondern v. a. vom Bremsverhältnis, dem Quotienten aus dem Bremsvermögen und dem makroskopischen Absorptionsquerschnitt Σ_A (Absorptionswahrscheinlichkeit je cm Wegstrecke); es beträgt für Wasser 62, für schweres Wasser 5 000, für Beryllium 145, für Graphit 245.