WikiDer > Источник нейтронов

Neutron source

Об источниках нейтронов, используемых в ядерном оружии, см. модулированный нейтронный инициатор.
Наука с нейтроны
Neutron.svg
Фонды
Рассеяние нейтронов
Другие приложения
Инфраструктура
Нейтронные объекты

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:

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

Рекомендации

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

внешняя ссылка