Wirkungsquerschnitt

Der Wirkungsquerschnitt ${\displaystyle \sigma }$ (Sigma) ist in der Molekül-, Atom-, Kern- und Teilchenphysik ein Maß für die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen einer einfallenden Wellenstrahlung oder einem einfallenden Teilchen („Projektil“) und einem anderen Teilchen (Streukörper oder Target). Beispiele für eine solche Wechselwirkung wären Absorption, Streuung oder eine Reaktion.

Der Wirkungsquerschnitt hat die Dimension Fläche. Er wird oft in der Einheit Barn angegeben:

1 b = 10⁻²⁸ m² = 10⁻⁴ pm² = 100 fm².

Der Wirkungsquerschnitt ist das Maß für die „Stärke“ des jeweils betrachteten Vorgangs. Anschaulich gesehen gibt er gibt die „Trefferfläche“ an, die ein Targetteilchen dem einfallenden Strahl bietet, um diesen Vorgang auszulösen. Ein häufig eintretender Vorgang hat einen großen Wirkungsquerschnitt, ein selten eintretender einen kleinen. Mit anschaulichen Vorstellungen über eine bestimmte Form und Lage dieser Trefferfläche inbezug zum Targetteilchen stimmt der Wirkungsquerschnitt allerdings meistens nicht überein, er ist eine reine Rechengröße.

Der Wirkungsquerschnitt hängt vom jeweils interessierenden Vorgang ab, von Art und kinetischer Energie des einfallenden Teilchens oder Quants und von der Art des getroffenen Teilchens, z. B. Atom, Atomkern. Wirkungsquerschnitte sind Materialeigenschaften. Beispielsweise sind zur Berechnung von Kernreaktoren oder Kernfusionsreaktoren umfangreiche Kerndatenbibliotheken erforderlich, die die Wirkungsquerschnitte der verschiedenen Materialien für einfallende Neutronen verschiedener Energien für verschiedene mögliche Streuprozesse und Kernreaktionen enthalten.

Insbesondere bei Kernreaktionen wird der Wirkungsquerschnitt, betrachtet als Funktion der Energie des einfallenden Teilchens/Quants, manchmal auch als Anregungsfunktion bezeichnet.