Neutronový zdroj

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. července 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Zdrojem neutronů  je jakékoli zařízení, které emituje neutrony , bez ohledu na mechanismus, kterým jsou generovány. Neutronové zdroje se používají ve fyzice, strojírenství, medicíně, jaderných zbraních, průzkumu ropy, biologii, chemii a jaderné energetice.

Charakteristiky neutronových zdrojů jsou energetické spektrum neutronů emitovaných zdrojem, intenzita zdroje, polarizace toku neutronů, časování neutronového paprsku, velikost zdroje, náklady na vlastnictví a údržbu. zdroj a vládní nařízení týkající se zdroje.

Například radioizotopové neutronové zdroje jsou klasifikovány jako radiační nebezpečí skupiny 3 se zářením menším než 10 5 n/s v souladu s „Hygienickými požadavky na konstrukci a provoz radioizotopových zařízení“ ( SanPiN 2.6.1.1015-01)

Kompaktní (ampule) zařízení

Radioizotopové zdroje neutronů vzniklé spontánním štěpením

Některé izotopy podléhají samovolnému štěpení s emisí neutronů. Nejčastěji používaným zdrojem spontánního štěpení je radioaktivní izotop californium  -252. Cf-252 a všechny ostatní zdroje spontánního štěpení jsou vyráběny ozařováním uranu nebo jiného transuranového prvku v jaderném reaktoru, kde jsou neutrony absorbovány zdrojovým materiálem a jeho následné reakční produkty, přeměňující zdrojový materiál na izotop podléhající samovolnému štěpení .

Radioizotopové zdroje neutronů z jaderné reakce (α,n)

Neutrony vznikají, když se částice alfa srazí s některým z několika izotopů s nízkou atomovou hmotností, včetně izotopů berylia, uhlíku a kyslíku. Tato jaderná reakce může být použita k vytvoření zdroje neutronů smícháním radioizotopu, který vydává částice alfa, jako je radium-226 , polonium-210 nebo americium-241 s izotopem s nízkou atomovou hmotností, obvykle kovovým beryliem nebo borem . Typické emisní rychlosti pro alfa reakční neutronové zdroje se pohybují od 1 × 106 do 1 × 108 neutronů za sekundu. Jako příklad by se dalo očekávat, že typický zdroj alfa-berylliových neutronů bude mít asi 30 neutronů na každý milion částic alfa. Užitečná životnost těchto typů zdrojů se značně liší v závislosti na poločasu rozpadu radioizotopu, který emituje částice alfa. Velikost a cena těchto zdrojů neutronů jsou srovnatelné se zdroji spontánního štěpení. Běžné materiálové kombinace jsou plutonium  - berylium (PuBe), americium - berylium (AmBe  ) nebo americium  - lithium (AmLi).

Radioizotopové zdroje neutronů z jaderné reakce (γ,n)

Gama záření s energií větší než vazebná energie neutronů jádra může vynést neutron ( fotoneutron ). Dvě reakce:

Generátory neutronů v uzavřených trubicích

Některé neutronové zdroje založené na urychlovači využívají fúzní reakce mezi deuteriovými a/nebo tritiovými iontovými paprsky a hydridem lithným , který také obsahuje tyto izotopy.

Střední zařízení

Plazmová zařízení

Zdrojem neutronů je plazmové vlákno produkující řízenou jadernou fúzi vytvořením hustého plazmatu, ve kterém je ionizované plynné deuterium a/nebo tritium zahřáté na teploty dostatečné k vytvoření reakce. Viz tokamak

Inerciální elektrostatické omezení

Inerciální elektrostatické zadržení, jako je Farnsworth-Hirschův fusor, využívá elektrické pole k ohřevu plazmatu za podmínek tání a produkci neutronů. Existují různé implementace od iniciativních projektů nadšenců až po možnosti komerčního rozvoje, které například navrhuje Phoenix Nuclear Labs v USA.

Urychlovače lehkých iontů

Konvenční urychlovače částic se zdroji iontů vodíku (H), deuteria (D) nebo tritia (T) lze použít k výrobě neutronů pomocí terčů vyrobených z deuteria, tritia, lithia, berylia a dalších materiálů s nízkým atomovým číslem. Tyto urychlovače obvykle pracují s energiemi v rozsahu >1 MeV.

Vysokoenergetické brzdné záření fotoneutronové /fotoemisní systémy

Neutrony jsou produkovány, když fotony s energiemi nad vazebnou energií v jádře vstoupí do hmoty, což způsobí, že podstoupí obří dipólovou rezonanci, po které jádro buď emituje neutron (fotoneutron), nebo podstoupí štěpení (fotoštěpení). Počet neutronů uvolněných při každém štěpení závisí na látce. Obvykle fotony začnou vytvářet neutrony při interakci s normální hmotou při energiích od 7 do 40 MeV. Navíc elektrony o energii asi 50 MeV mohou v nuklidech vyvolat obří dipólovou rezonanci mechanismem, který je obrácený k vnitřní přeměně a vytváří tak neutrony podobným mechanismem jako fotoneutrony [1] .

Velká zařízení

Jaderné štěpné reaktory

Jaderné štěpení , které se odehrává uvnitř reaktoru, produkuje velmi velké množství neutronů a může být použito pro různé účely, včetně výroby energie a experimentů.

Systémy jaderné fúze

Jaderná fúze , fúze těžkých izotopů vodíku, může také generovat velké množství neutronů. Malé modely fúze existují pro (plazmové) výzkumné účely na mnoha univerzitách a laboratořích po celém světě. Existuje také malý počet experimentů s jadernou fúzí ve Spojeném království, včetně zařízení National Ignition Facility v americkém JET ve Spojeném království a experimentu ITER , který je v současné době ve výstavbě ve Francii. Žádný z nich zatím nebyl použit jako zdroj neutronů. Inerciální řízená fúze může produkovat řádově více neutronů než štěpení . [2] To může být užitečné pro neutronovou radiografii, která může být použita k detekci atomů vodíku ve strukturách, rozlišení atomového tepelného pohybu a vyšetřování kolektivních excitací jader efektivněji než rentgenové paprsky .

Vysokoenergetické urychlovače částic

Spalační zdroje využívají intenzivní paprsek protonů urychlených na vysokou energii (~10 GeV) dopadajícího na cíl, který produkuje neutronovou emisi (štěpící reakci). Příkladem takových zdrojů mohou být komplexy urychlovačů ISIS (Velká Británie), SNS (USA), ESS (Švédsko), IN-6 (Rusko).

Neutronový tok

Pro většinu aplikací je potřeba vysoký tok neutronů (tím se zkracuje čas potřebný k provedení experimentu, získání obrazu neutronové radiografie atd.). Jednoduchá fúzní zařízení generují pouze asi 300 000 neutronů za sekundu. Komerční fixační zařízení mohou generovat řádově 10 9 neutronů za sekundu, což odpovídá použitelnému toku menšímu než 10 5 n/(cm² s). Velké zdroje neutronů po celém světě dosahují mnohem většího toku. Reaktorové zdroje produkují 10 15 n / (cm² * s) a rozpadové zdroje generují více než 10 17 n / (cm² * s).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Výtěžky neutronů z obří dipólové rezonance produkované elektrony jako funkce materiálu terče a jeho tloušťky . Získáno 29. srpna 2017. Archivováno z originálu dne 24. září 2015.
  2. ↑ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R. Cesta k nejjasnějšímu možnému zdroji neutronů? (anglicky)  // Science  : journal. - 2007. - únor ( roč. 315 , č. 5815 ). - S. 1092-1095 . - doi : 10.1126/science.1127185 . - . — PMID 17322053 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie

en: zdroj neutronů