Zdroj neutronů - Neutron source
Věda s neutrony |
---|
Nadace |
Rozptýlení neutronů |
Další aplikace |
Infrastruktura |
|
Neutronová zařízení |
Zdroj neutronů je jakékoli zařízení, které emituje neutrony , bez ohledu na mechanismus použitý k výrobě neutronů. Zdroje neutronů se používají ve fyzice, strojírenství, medicíně, jaderných zbraních, průzkumu ropy, biologii, chemii a jaderné energii.
Proměnné zdroje neutronů zahrnují energii neutronů emitovaných zdrojem, rychlost neutronů emitovaných zdrojem, velikost zdroje, náklady na vlastnictví a údržbu zdroje a vládní předpisy související se zdrojem.
Malá zařízení
Radioizotopy, které podléhají spontánnímu štěpení
Některé izotopy podléhají spontánnímu štěpení s emisí neutronů. Nejčastěji používaným zdrojem spontánního štěpení je radioaktivní izotop californium -252. 252 Cf a všechny ostatní zdroje neutronů se spontánním štěpením se vyrábějí ozařováním uranu nebo jiného transuranického prvku v jaderném reaktoru, kde jsou neutrony absorbovány ve výchozím materiálu a jeho následných reakčních produktech a transmutují výchozí materiál na izotop SF . 252 Cf neutronové zdroje mají typicky průměr 1/4 "až 1/2" a délku 1 "až 2". Při nákupu nového typické 252 Cf neutronový zdroj emituje v rozmezí od 1 x 10 7 až 1 x 10 9 neutronů za sekundu, ale, s poločasem rozpadu 2,6 let, tento výstupní rychlost neutronů klesne na polovinu této původní hodnoty v 2,6 let. Cena typického 252 Cf neutronového zdroje je od 15 000 do 20 000 USD.
Radioizotopy, které se rozpadají s alfa částicemi zabalenými v elementární matici s nízkým Z
Neutrony se vytvářejí, když částice alfa naráží na některý z několika izotopů s nízkou atomovou hmotností, včetně izotopů berylia, uhlíku a kyslíku. Tuto jadernou reakci lze použít ke konstrukci zdroje neutronů smícháním radioizotopu, který emituje částice alfa, jako je radium , polonium nebo americium, s izotopem s nízkou atomovou hmotností, obvykle smícháním prášků těchto dvou materiálů. Typické množství emisí pro alfa reakce zdroje neutronů v rozmezí od 1 x 10 6 až 1 x 10 8 neutronů za sekundu. Jako příklad lze očekávat, že reprezentativní zdroj neutronů alfa-berylia vytvoří přibližně 30 neutronů na každý milion částic alfa. Užitečná životnost těchto typů zdrojů je velmi variabilní v závislosti na poločase rozpadu radioizotopu, který emituje alfa částice. Velikost a cena těchto neutronových zdrojů jsou srovnatelné se zdroji spontánního štěpení. Obvyklé kombinace materiálů jsou plutonium - berylia (PuBe), americium -beryllium (Ambe), nebo americium- lithium (Amli).
Radioizotopy, které se rozpadají s vysoce energetickými fotony umístěnými společně s beryliem nebo deuteriem
Gama záření s energií překračující energii vázající neutron jádra může vysunout neutron ( fotoneutron ). Dva příklady reakcí jsou:
Uzavřené trubkové generátory neutronů
Některé generátory neutronů na bázi urychlovače indukují fúzi mezi paprsky iontů deuteria a/nebo tritia a kovovými hydridovými cíli, které také obsahují tyto izotopy.
Středně velká zařízení
Plazmové zaostřovací a plazmové štípací zařízení
Husté plazma zaměření neutronový zdroj vyrábí řízené jaderné fúze vytvořením husté plazma ve které ohřívá ionizované deuterium a / nebo tritium plynu na teploty dostatečné pro vytvoření fúze.
Inerciální elektrostatické uvěznění
Inerciální elektrostatickém zadržení zařízení jako Farnsworth-Hirsch fusor použití elektrického pole pro ohřev plazmatu pro fúzní podmínek a poskytují neutrony. Vyvinula se řada aplikací od hobby nadšenců až po komerční aplikace , většinou v USA.
Urychlovače lehkých iontů
K výrobě neutronů lze použít tradiční urychlovače částic se zdroji iontů vodíku (H), deuteria (D) nebo tritia (T) pomocí terčů deuteria, tritia, lithia, berylia a dalších materiálů s nízkým Z. Tyto urychlovače obvykle pracují s energiemi v rozsahu> 1 MeV.
Vysokoenergetické bremsstrahlung photoneutron / photofission systémy
Neutrony se vytvářejí, když na tuto látku dopadají fotony nad jadernou vazebnou energií látky, což způsobí její obrovskou dipólovou rezonanci, po které buď vydá neutron ( fotoneutron ), nebo se podrobí štěpení ( fotoštěpení ). Počet neutronů uvolněných každou štěpnou událostí závisí na látce. Fotony obvykle začnou produkovat neutrony při interakci s normální hmotou při energiích asi 7 až 40 MeV , což znamená, že radioterapeutická zařízení využívající rentgenové paprsky megavoltage také produkují neutrony a některá vyžadují stínění neutronů. Elektrony energie nad 50 MeV mohou navíc indukovat obří dipólovou rezonanci v nuklidech mechanismem, který je inverzní k vnitřní konverzi , a tak produkovat neutrony mechanismem podobným mechanismu fotoneutronů.
Velká zařízení
Jaderné štěpné reaktory
Jaderné štěpení, které probíhá v reaktoru, produkuje velmi velké množství neutronů a může být použito pro různé účely včetně výroby energie a experimentů. Výzkumné reaktory jsou často speciálně navrženy tak, aby umožňovaly umístění experimentů do prostředí s vysokým neutronovým tokem.
Systémy jaderné fúze
Jaderná fúze , kombinace těžkých izotopů vodíku, má také potenciál produkovat velké množství neutronů. Malé fúzní systémy existují pro účely (plazmatického) výzkumu na mnoha univerzitách a laboratořích po celém světě. Existuje také malý počet rozsáhlých experimentů jaderné fúze, včetně zařízení National Ignition Facility v USA, JET ve Velké Británii a brzy na experiment ITER, který je v současné době ve výstavbě ve Francii. Žádný zatím není použit jako zdroj neutronů.
Inerciální fúze má potenciál produkovat řádově více neutronů než spallace . To by mohlo být užitečné pro neutronovou radiografii, která může být použita k lokalizaci atomů vodíku ve strukturách, vyřešení tepelného pohybu atomů a studiu kolektivních excitací jader efektivněji než rentgenové záření .
Vysokoenergetické urychlovače částic
Spallation zdrojem je s vysokým tokem zdroj, v němž protony , které jsou urychleny na vysoké energie zasáhnout cíl materiálu, což vedlo k emisi neutronů.
Tok neutronů
Pro většinu aplikací je lepší vyšší tok neutronů (protože snižuje čas potřebný k provedení experimentu, získání obrazu atd.). Amatérská fúzní zařízení, stejně jako fusor , generují pouze asi 300 000 neutronů za sekundu. Komerční fusor zařízení mohou generovat v řádu 10 9 neutronů za sekundu, což odpovídá využitelné toku menší než 10 5 N / cm? (S). Velké neutronové paprsky po celém světě dosahují mnohem většího toku. Zdroje založené na reaktoru nyní produkují 10 15 n/(cm² s) a spalační zdroje generují více než 10 17 n/(cm² s).
Viz také
- Emise neutronů
- Neutronový generátor , komerční zařízení
- Teplota neutronů („rychlá“ nebo „pomalá“)
- Startovací zdroj neutronů
- Zetatron
Reference
- ^ Obrovské dipólové rezonanční neutronové výtěžky produkované elektrony jako funkce cílového materiálu a tloušťky
- ^ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R (únor 2007). „Cesta k nejjasnějšímu možnému zdroji neutronů?“. Věda . 315 (5815): 1092–1095. Bibcode : 2007Sci ... 315.1092T . doi : 10,1126/věda.1127185 . PMID 17322053 .