Источник нейтронов - Neutron source

А источник нейтронов любое устройство, которое излучает нейтроны, независимо от механизма, используемого для производства нейтронов. Источники нейтронов используются в физике, технике, медицине, ядерном оружии, разведке нефти, биологии, химии и ядерной энергетике.

Переменные нейтронного источника включают энергию нейтронов, испускаемых источником, скорость нейтронов, испускаемых источником, размер источника, стоимость владения и обслуживания источника, а также правительственные постановления, связанные с источником.

Маленькие устройства

Радиоизотопы, которые подвергаются спонтанному делению

Определенный изотопы пройти спонтанное деление с выбросом нейтронов. Наиболее часто используемым источником спонтанного деления является радиоактивный изотоп. калифорний -252. ²⁵²Cf и все другие источники нейтронов спонтанного деления получают путем облучения уран или другой трансурановый элемент в ядерном реакторе, где нейтроны поглощаются исходным материалом и последующими продуктами реакции, превращая исходный материал в SF изотоп. ²⁵²Источники нейтронов Cf обычно имеют диаметр от 1/4 дюйма до 1/2 дюйма и длину от 1 дюйма до 2 дюймов. При покупке новой типовой ²⁵²Источник нейтронов Cf излучает от 1 × 10⁷ до 1 × 10⁹ нейтронов в секунду, но с периодом полураспада 2,6 года скорость выхода нейтронов снижается до половины этого исходного значения за 2,6 года. Цена типичного ²⁵²Источник нейтронов Cf стоит от 15 000 до 20 000 долларов.

Радиоизотопы, которые распадаются с альфа-частицами, упакованными в элементную матрицу с низким Z

Нейтроны образуются, когда альфа-частицы столкнуться с любым из нескольких изотопов с низким атомным весом, включая изотопы бериллия, углерода и кислорода. Эта ядерная реакция может быть использована для создания источника нейтронов путем смешивания радиоизотопа, который испускает альфа-частицы, такие как радий, полоний, или же америций с изотопом с низким атомным весом, обычно путем смешивания порошков двух материалов. Типичная интенсивность выбросов для источников нейтронов альфа-реакции составляет от 1 × 10⁶ до 1 × 10⁸ нейтронов в секунду. Например, можно ожидать, что типичный источник альфа-бериллиевых нейтронов будет производить примерно 30 нейтронов на каждый миллион альфа-частиц. Срок службы источников этих типов сильно варьируется в зависимости от периода полураспада радиоизотопа, испускающего альфа-частицы. По размерам и стоимости эти источники нейтронов сопоставимы с источниками спонтанного деления. Обычные комбинации материалов плутоний -бериллий (PuBe), америций -бериллий (AmBe), или америций-литий (AmLi).

Радиоизотопы, распадающиеся с фотонами высоких энергий, расположенные вместе с бериллием или дейтерием

Гамма-излучение с энергией, превышающей энергию связи нейтрона ядра, может выбросить нейтрон (a фотонейтрон ). Вот два примера реакции:

⁹Быть +> 1,7 МэВ фотон → 1 нейтрон + 2 ⁴Он
²ЧАС (дейтерий ) +> 2,26 МэВ фотон → 1 нейтрон + ¹ЧАС

Генераторы нейтронов с герметичными трубками

Некоторые на ускорителях нейтронные генераторы вызвать сплавление лучей дейтерий и / или тритий ионы и гидрид металла мишени, которые также содержат эти изотопы.

Устройства среднего размера

Плазменный фокус и плазменная щепотка устройства

В фокус плотной плазмы источник нейтронов производит контролируемые термоядерная реакция создавая плотную плазму, внутри которой нагревается ионизированный дейтерий и / или тритий газ до температур, достаточных для создания плавления.

Инерционное электростатическое удержание

Инерционное электростатическое удержание такие устройства, как Фарнсворт-Хирш фузор использовать электрическое поле для нагрева плазмы до условий термоядерного синтеза и получения нейтронов. Различные приложения от хобби-энтузиастов до коммерческие приложения разработаны, в основном, в США.

Ускорители легких ионов

Традиционные ускорители частиц с источниками ионов водорода (H), дейтерия (D) или трития (T) могут использоваться для получения нейтронов с использованием мишеней из дейтерия, трития, лития, бериллия и других материалов с низким Z.^{[нужна цитата ]} Обычно эти ускорители работают с энергиями в диапазоне> 1 МэВ.

Высокая энергия тормозное излучение системы фотонейтрон / фотоделение

Нейтроны образуются, когда фотоны, превышающие энергию связи ядра вещества, падают на это вещество, заставляя его подвергаться гигантский дипольный резонанс после чего либо испускает нейтрон (фотонейтрон ) или подвергается делению (фотоделение ). Количество нейтронов, испускаемых каждым актом деления, зависит от вещества. Обычно фотоны начинают производить нейтроны при взаимодействии с нормальным веществом при энергиях от 7 до 40. МэВ, которое значит что лучевая терапия объекты, использующие мегавольтные рентгеновские лучи также производят нейтроны, а некоторые требуют защиты от нейтронов.^{[нужна цитата ]} Кроме того, электроны с энергией более 50 МэВ может вызвать гигантский дипольный резонанс в нуклидах по механизму, обратному внутренняя конверсия, и таким образом производят нейтроны по механизму, аналогичному механизму фотонейтронов.^[1]

Большие устройства

Реакторы ядерного деления

Ядерное деление который происходит внутри реактора, производит очень большое количество нейтронов и может быть использован для различных целей, включая выработку электроэнергии и эксперименты. Исследовательские реакторы часто специально предназначены для размещения экспериментов в среде с высоким потоком нейтронов.

Системы ядерного синтеза

Термоядерная реакция, соединение тяжелых изотопов водорода, также может производить большое количество нейтронов. Маломасштабные термоядерные системы существуют для (плазменных) исследовательских целей во многих университетах и лабораториях по всему миру. Также существует небольшое количество крупномасштабных экспериментов по ядерному синтезу, включая Национальный центр зажигания в США, JET в Великобритании, и вскоре ИТЭР эксперимент в настоящее время строится во Франции. Ни один из них пока не используется в качестве источников нейтронов.

Термоядерный синтез с инерционным удержанием имеет потенциал производить на порядки больше нейтронов, чем раскол.^[2] Это может быть полезно для нейтронная радиография которые можно использовать для определения местоположения атомов водорода в структурах, разрешения теплового движения атомов и изучения коллективных возбуждений ядер более эффективно, чем Рентгеновские лучи.

Ускорители частиц высоких энергий

А раскол источник - это источник с сильным магнитным потоком, в котором протоны которые были ускорены до высоких энергий, ударяются о материал мишени, вызывая испускание нейтронов.

Нейтронный поток

Для большинства приложений более высокая нейтронный поток лучше (так как это сокращает время, необходимое для проведения эксперимента, получения изображения и т. д.). Любительские термоядерные устройства, такие как фузор, генерируют всего около 300 000 нейтронов в секунду. Коммерческие фузорные устройства могут генерировать порядка 10⁹ нейтронов в секунду, что соответствует полезному потоку менее 10⁵ н / (см² с). Большие нейтронные пучки по всему миру достигают гораздо большего потока. Источники на основе реакторов теперь производят 10¹⁵ n / (см² · с), а источники скола создают более 10¹⁷ н / (см² с).

Смотрите также

Эмиссия нейтронов
Генератор нейтронов, коммерческие устройства
Температура нейтронов ("быстро" или "медленно")
Пусковой источник нейтронов
Зетатрон

внешняя ссылка

[1] Гигантский дипольный резонансный выход нейтронов, производимых электронами, в зависимости от материала и толщины мишени

[taylor2007-2] Тейлор, Эндрю; Данн, М; Bennington, S; Ansell, S; Гарднер, я; Norreys, P; Брум, Т; Финдли, Д. Нельмес, Р. (февраль 2007 г.). «Путь к самому яркому источнику нейтронов?». Наука. 315 (5815): 1092–1095. Bibcode:2007Научный ... 315.1092Т. Дои:10.1126 / science.1127185. PMID 17322053.

[1]

[2]