Sursa de neutroni

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 1 iulie 2022; verificarea necesită 1 editare .

O sursă de neutroni  este orice dispozitiv care emite neutroni , indiferent de mecanismul prin care aceștia sunt generați. Sursele de neutroni sunt folosite în fizică, inginerie, medicină, arme nucleare, explorarea petrolului, biologie, chimie și energie nucleară.

Caracteristicile surselor de neutroni sunt spectrul de energie al neutronilor emiși de sursă, intensitatea sursei, polarizarea fluxului de neutroni, sincronizarea fasciculului de neutroni, dimensiunea sursei, costul deținerii și întreținerii sursă și reglementări guvernamentale referitoare la sursă.

De exemplu, sursele de neutroni cu radioizotopi sunt clasificate ca grupa 3 de pericol de radiații cu radiații mai mici de 10 5 n/s, în conformitate cu „Cerințele de igienă pentru proiectarea și funcționarea dispozitivelor cu radioizotopi” ( SanPiN 2.6.1.1015-01)

Dispozitive compacte (fiole)

Surse radioizotopice de neutroni rezultate din fisiunea spontană

Unii izotopi suferă fisiune spontană cu emisie de neutroni. Sursa de fisiune spontană cea mai frecvent utilizată este izotopul radioactiv californiu  - 252. Cf-252 și toate celelalte surse de neutroni de fisiune spontană sunt produse prin iradierea uraniului sau a altui element transuraniu într-un reactor nuclear, unde neutronii sunt absorbiți de materialul sursă și de acesta. produse de reacție ulterioare, transformând materialul sursă într-un izotop supus fisiunii spontane .

Surse radioizotopice de neutroni dintr-o reacție nucleară (α,n)

Neutronii sunt produși atunci când o particulă alfa se ciocnește cu oricare dintre mai mulți izotopi cu greutate atomică mică, inclusiv izotopi de beriliu, carbon și oxigen. Această reacție nucleară poate fi folosită pentru a crea o sursă de neutroni prin amestecarea unui radioizotop care emite particule alfa precum radiu-226 , poloniu-210 sau americiu-241 cu un izotop cu masă atomică scăzută, de obicei beriliu metalic sau bor . Ratele tipice de emisie pentru sursele de neutroni cu reacție alfa variază de la 1 × 10 6 până la 1 × 10 8 neutroni pe secundă. De exemplu, ne-am aștepta ca o sursă tipică de neutroni alfa-beriliu să fie de aproximativ 30 de neutroni pentru fiecare milion de particule alfa. Durata de viață utilă pentru aceste tipuri de surse variază foarte mult în funcție de timpul de înjumătățire al radioizotopului care emite particule alfa. Dimensiunea și costul acestor surse de neutroni sunt comparabile cu sursele de fisiune spontană. Combinațiile de materiale comune sunt plutoniu  - beriliu (PuBe), americiu - beriliu (AmBe  ) sau americiu  - litiu (AmLi).

Surse radioizotopice de neutroni dintr-o reacție nucleară (γ,n)

Radiația gamma cu o energie mai mare decât energia de legare a neutronilor nucleului poate scoate la iveală un neutron (un fotoneutron ). Doua reactii:

Generatoare de neutroni cu tub sigilat

Unele surse de neutroni pe bază de accelerator utilizează reacții de fuziune între fasciculele de ioni de deuteriu și/sau tritiu și hidrura de litiu , care conține și acești izotopi.

Dispozitive medii

Dispozitive cu plasmă

Sursa de neutroni este un filament de plasmă care produce fuziune nucleară controlată prin crearea unei plasme dense în care gazul ionizat deuteriu și/sau tritiu este încălzit la temperaturi suficiente pentru a crea o reacție. Vezi tokamak

Confinare electrostatică inerțială

Limitarea electrostatică inerțială, cum ar fi fuzorul Farnsworth-Hirsch, utilizează un câmp electric pentru a încălzi o plasmă în condiții de topire și pentru a produce neutroni. Există diverse implementări de la proiecte de inițiativă ale pasionaților până la opțiuni de dezvoltare comercială, de exemplu, propuse de Phoenix Nuclear Labs din SUA.

Acceleratoare de ioni de lumină

Acceleratorii convenționali de particule cu surse de ioni de hidrogen (H), deuteriu (D) sau tritiu (T) pot fi utilizați pentru a produce neutroni folosind ținte din deuteriu, tritiu, litiu, beriliu și alte materiale cu număr atomic scăzut. De obicei, aceste acceleratoare funcționează cu energii în intervalul >1 MeV.

Sisteme de fotoneutroni/fotoemisie bremsstrahlung de înaltă energie

Neutronii sunt produși atunci când fotonii cu energii peste energia de legare din nucleu intră în materie, determinând-o să sufere o rezonanță dipol gigantică, după care nucleul fie emite un neutron (fotoneutron) fie suferă fisiune (fotofiziune). Numărul de neutroni eliberați de fiecare eveniment de fisiune depinde de substanță. De obicei, fotonii încep să creeze neutroni atunci când interacționează cu materia normală la energii de la 7 la 40 MeV. În plus, electronii cu o energie de aproximativ 50 MeV pot induce o rezonanță dipol gigantică în nuclizi printr-un mecanism care este inversul conversiei interne și astfel creează neutroni printr-un mecanism similar cu cel al fotoneutronilor [1] .

Dispozitive mari

Reactoare de fisiune nucleară

Fisiunea nucleară , care are loc în interiorul unui reactor, produce un număr foarte mare de neutroni și poate fi utilizată pentru o varietate de scopuri, inclusiv pentru generarea de energie și experimente.

Sisteme de fuziune nucleară

Fuziunea nucleară , fuziunea izotopilor grei ai hidrogenului, poate genera, de asemenea, un număr mare de neutroni. Modele de fuziune la scară mică există în scopuri de cercetare (plasmă) în multe universități și laboratoare din întreaga lume. Există, de asemenea, un număr mic de experimente de fuziune nucleară în Regatul Unit, inclusiv National Ignition Facility din SUA JET din Regatul Unit și experimentul ITER aflat în prezent în construcție în Franța. Niciuna dintre ele nu a fost încă folosită ca sursă de neutroni. Fuziunea controlată inerțial poate produce ordine de mărime mai mulți neutroni decât fisiunea . [2] Acest lucru poate fi util pentru radiografia cu neutroni, care poate fi folosită pentru a detecta atomii de hidrogen în structuri, pentru a rezolva mișcarea termică atomică și pentru a investiga excitațiile colective ale nucleelor ​​mai eficient decât razele X.

Acceleratoare de particule de înaltă energie

Sursele de spalație folosesc un fascicul intens de protoni accelerat la o energie mare (~10 GeV) aruncat pe o țintă, care produce emisie de neutroni (reacție de divizare). Exemple de astfel de surse pot fi complexele acceleratoare ISIS (Marea Britanie), SNS (SUA), ESS (Suedia), IN-6 (Rusia).

Fluxul de neutroni

Pentru majoritatea aplicațiilor, este necesar un flux mare de neutroni (acest lucru reduce timpul necesar pentru efectuarea unui experiment, obținerea unei imagini radiografie cu neutroni etc.). Dispozitivele simple de fuziune generează doar aproximativ 300.000 de neutroni pe secundă. Dispozitivele de fuziune comerciale pot genera de ordinul a 10 9 neutroni pe secundă, corespunzând unui flux utilizabil mai mic de 10 5 n/(cm² sec). Sursele mari de neutroni din întreaga lume realizează un flux mult mai mare. Sursele bazate pe reactoare produc 10 15 n / (cm² * sec) iar sursele de dezintegrare generează peste 10 17 n / (cm² * sec).

Vezi și

Note

  1. ↑ Producția de neutroni de rezonanță dipol gigant produsă de electroni ca funcție a materialului țintă și a grosimii . Preluat la 29 august 2017. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  2. ↑ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R. O cale către cea mai strălucitoare sursă de neutroni posibilă? (engleză)  // Știință  : jurnal. - 2007. - Februarie ( vol. 315 , nr. 5815 ). - P. 1092-1095 . - doi : 10.1126/science.1127185 . - . — PMID 17322053 .

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii

ro:sursă de neutroni