| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
| Инфраструктура |
| Нейтронные объекты |
Источником нейтронов является любое устройство, которое испускает 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 источника нейтронов 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 [ править ]
Радиоизотопы, которые подвергаются самопроизвольному делению [ править ]
Некоторые изотопы подвергаются самопроизвольному делению с испусканием нейтронов. Наиболее часто используемым источником спонтанного деления является радиоактивный изотоп калифорний- 252. 252 Cf и все другие источники нейтронов спонтанного деления производятся путем облучения урана или другого трансуранового элемента в ядерном реакторе, где нейтроны поглощаются исходным материалом и последующими продуктами реакции, превращая исходный материал в изотоп SF . Источники нейтронов 252 Cf обычно имеют диаметр от 1/4 дюйма до 1/2 дюйма и длину от 1 дюйма до 2 дюймов. При покупке нового типичный источник нейтронов 252 Cf излучает 1 × 10От 7 до 1 × 10 9 нейтронов в секунду, но с периодом полураспада 2,6 года эта скорость нейтронного выхода падает до половины этого первоначального значения за 2,6 года. Цена типичного источника нейтронов 252 Cf составляет от 15 000 до 20 000 долларов.
Радиоизотопы, которые распадаются с альфа-частицами, упакованными в элементную матрицу с низким Z [ править ]
Нейтроны образуются, когда альфа-частицы сталкиваются с любым из нескольких изотопов с низким атомным весом, включая изотопы бериллия, углерода и кислорода. Эту ядерную реакцию можно использовать для создания источника нейтронов путем смешивания радиоизотопа, который испускает альфа-частицы, такие как радий , полоний или америций, с изотопом с низким атомным весом, обычно путем смешивания порошков двух материалов. Типичные скорости эмиссии для источников нейтронов альфа-реакции колеблются от 1 × 10 6 до 1 × 10 8.нейтронов в секунду. В качестве примера 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, излучающего альфа-частицы. По размерам и стоимости эти источники нейтронов сопоставимы с источниками спонтанного деления. Обычные комбинации материалов являются плутоний - бериллиевые (PuBe), америций -beryllium (Ambe) или americium- лития (AmLi).
Радиоизотопы, распадающиеся с фотонами высоких энергий, расположенные вместе с бериллием или дейтерием [ править ]
Гамма-излучение с энергией, превышающей энергию связи нейтрона в ядре, может испускать нейтрон ( фотонейтрон ). Вот два примера реакции:
- 9 Be +> 1,7 МэВ фотон → 1 нейтрон + 2 4 He
- 2 H ( дейтерий ) +> 2,26 МэВ фотон → 1 нейтрон + 1 H
Генераторы нейтронов с герметичными трубками [ править ]
Некоторые генераторы нейтронов на базе ускорителей вызывают синтез между пучками ионов дейтерия и / или трития и мишенями из гидридов металлов, которые также содержат эти изотопы.
Устройства среднего размера [ править ]
Плазменный фокус и устройства плазменного пинча [ править ]
Источник нейтронов с фокусом плотной плазмы производит управляемый ядерный синтез , создавая плотную плазму, внутри которой нагревается ионизированный газ дейтерий и / или тритий до температур, достаточных для создания термоядерного синтеза.
Инерционное электростатическое удержание [ править ]
Электростатическое удержание плазмы устройства , такие как Farnsworth-Hirsch Fusor использующие электрическое поле для нагрева плазмы в условиях синтеза и получения нейтронов. В основном в США были разработаны различные приложения - от любительских приложений до коммерческих .
Ускорители легких ионов [ править ]
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. [ необходима цитата ] Обычно эти ускорители работают с энергиями в диапазоне> 1 МэВ.
Системы высокоэнергетического тормозного фотонейтронного излучения / фотоделения [ править ]
Нейтроны образуются, когда фотоны, превышающие энергию связи ядра вещества, падают на это вещество, вызывая гигантский дипольный резонанс, после которого он либо излучает нейтрон ( фотонейтрон ), либо подвергается делению ( фотоделение ). Количество нейтронов, испускаемых каждым актом деления, зависит от вещества. Обычно фотоны начинают вырабатывать нейтроны при взаимодействии с нормальным веществом при энергиях от 7 до 40 МэВ , что означает, что радиотерапевтические установки, использующие мегавольтное рентгеновское излучение, также производят нейтроны, а некоторые требуют защиты от нейтронов. [ необходима цитата ] Кроме того, электроны с энергией более 50МэВ может вызвать гигантский дипольный резонанс в нуклидах по механизму, обратному внутренней конверсии , и, таким образом, производить нейтроны по механизму, аналогичному механизму фотонейтронов. [1]
Большие устройства [ править ]
Реакторы ядерного деления [ править ]
Ядерное деление, которое происходит внутри реактора, производит очень большое количество нейтронов и может использоваться для различных целей, включая производство электроэнергии и эксперименты. Исследовательские реакторы часто проектируются специально для проведения экспериментов в среде с высоким нейтронным потоком.
Системы ядерного синтеза [ править ]
Ядерный синтез , объединение 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 термоядерному синтезу, включая Национальный центр зажигания в США, JET в Великобритании и вскоре эксперимент ITER, который в настоящее время строится во Франции. Ни один из них пока не используется в качестве источников нейтронов.
Термоядерный синтез с инерционным удержанием может произвести на порядки больше нейтронов, чем расщепление . [2] Это может быть полезно для нейтронной радиографии, которая может использоваться для определения местоположения атомов водорода в структурах, определения теплового движения атомов и изучения коллективных возбуждений ядер более эффективно, чем рентгеновские лучи .
Ускорители частиц высоких энергий [ править ]
Источник расщепления - это источник с большим потоком, в котором протоны , которые были ускорены до высоких энергий, ударяются о материал мишени, вызывая испускание нейтронов.
Нейтронный поток [ править ]
Для большинства приложений лучше использовать более высокий поток нейтронов (поскольку он 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 10 9 нейтронов в секунду, что соответствует полезному потоку менее 10 5 н / (см² с). Большие нейтронные пучки по всему миру достигают гораздо большего потока. Источники на базе реакторов теперь производят 10 15 н / (см² с), а источники скола генерируют более 10 17 н / (см² с).
См. Также [ править ]
- Эмиссия нейтронов
- Генератор нейтронов , коммерческое оборудование
- Температура нейтронов («быстро» или «медленно»)
- Пусковой источник нейтронов
- Зетатрон
Ссылки [ править ]
- ^ Гигантский дипольный резонансный выход нейтронов, производимых электронами, в зависимости от материала и толщины мишени
- ^ 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 : 2007Sci ... 315.1092T . DOI : 10.1126 / science.1127185 . PMID 17322053 .
Внешние ссылки [ править ]
- Neutronsources.org
- Список источников нейтронов во всем мире
- Наука и инновации с нейтронами в Европе в 2020 году (SINE2020)
