Neutronkilde

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 1. juli 2022; verifikation kræver 1 redigering .

En neutronkilde  er enhver enhed, der udsender neutroner , uanset den mekanisme, hvorved de genereres. Neutronkilder bruges i fysik, teknik, medicin, atomvåben, olieefterforskning, biologi, kemi og atomkraft.

Karakteristika for neutronkilder er energispektret af neutronerne udsendt af kilden, intensiteten af ​​kilden, polariseringen af ​​neutronfluxen, timingen af ​​neutronstrålen, størrelsen af ​​kilden, omkostningerne ved at eje og vedligeholde kilde og regeringsbestemmelser vedrørende kilden.

For eksempel er radioisotopneutronkilder klassificeret som strålingsfaregruppe 3 med stråling mindre end 10 5 n/s I overensstemmelse med "Hygiejniske krav til design og drift af radioisotopenheder" ( SanPiN 2.6.1.1015-01)

Kompakte (ampule) enheder

Radioisotopkilder til neutroner som følge af spontan fission

Nogle isotoper gennemgår spontan fission med emission af neutroner. Den mest almindeligt anvendte spontane fissionskilde er den radioaktive isotop californium  -252. Cf-252 og alle andre spontane fissionsneutronkilder fremstilles ved at bestråle uran eller et andet transuranium i en atomreaktor, hvor neutronerne absorberes af kildematerialet og dets efterfølgende reaktionsprodukter, der transformerer kildematerialet til en isotop udsat for spontan fission .

Radioisotopkilder til neutroner fra en kernereaktion (α,n)

Neutroner produceres, når en alfapartikel kolliderer med en af ​​flere isotoper med lav atomvægt, herunder isotoper af beryllium, kulstof og oxygen. Denne kernereaktion kan bruges til at skabe en kilde til neutroner ved at blande en radioisotop, der udsender alfapartikler såsom radium-226 , polonium-210 eller americium-241 med en isotop med lav atommasse, normalt metallisk beryllium eller bor . Typiske emissionshastigheder for alfa-reaktionsneutronkilder varierer fra 1 × 106 til 1 × 108 neutroner pr. sekund. Som et eksempel ville man forvente, at en typisk alfa-beryllium neutronkilde er omkring 30 neutroner for hver million alfapartikler. Den nyttige levetid for disse typer kilder varierer meget afhængigt af halveringstiden for den radioisotop, der udsender alfapartikler. Størrelsen og omkostningerne ved disse neutronkilder kan sammenlignes med spontane fissionskilder. Almindelige materialekombinationer er plutonium  - beryllium (PuBe), americium  -beryllium (AmBe) eller americium  - lithium (AmLi).

Radioisotopkilder til neutroner fra en kernereaktion (γ,n)

Gammastråling med en energi større end bindingsenergien af ​​neutronerne i kernen kan bringe en neutron (en fotoneutron ) frem. To reaktioner:

Neutrongeneratorer med forseglet rør

Nogle acceleratorbaserede neutronkilder bruger fusionsreaktioner mellem deuterium- og/eller tritiumionstråler og lithiumhydrid , som også indeholder disse isotoper.

Mellemstore enheder

Plasmaenheder

Neutronkilden er en plasmafilament, der producerer kontrolleret kernefusion ved at skabe et tæt plasma, hvori ioniseret deuterium og/eller tritiumgas opvarmes til temperaturer, der er tilstrækkelige til at skabe en reaktion. Se tokamak

Inerti elektrostatisk indeslutning

Inerti elektrostatisk indeslutning, såsom Farnsworth-Hirsch-fusoren, bruger et elektrisk felt til at opvarme et plasma under smeltende forhold og producere neutroner. Der er forskellige implementeringer fra initiativprojekter af entusiaster til kommercielle udviklingsmuligheder, for eksempel foreslået af Phoenix Nuclear Labs i USA.

Lysionacceleratorer

Konventionelle partikelacceleratorer med kilder til hydrogen (H), deuterium (D) eller tritium (T) ioner kan bruges til at producere neutroner ved hjælp af mål lavet af deuterium, tritium, lithium, beryllium og andre materialer med lavt atomnummer. Typisk opererer disse acceleratorer med energier i >1 MeV-området.

Højenergi bremsstrahlung fotoneutron/fotoemissionssystemer

Neutroner dannes, når fotoner med energier over bindingsenergien i kernen kommer ind i stoffet, hvilket får det til at gennemgå en kæmpe dipolresonans, hvorefter kernen enten udsender en neutron (fotoneutron) eller gennemgår fission (fotofission). Antallet af neutroner, der frigives ved hver fissionsbegivenhed, afhænger af stoffet. Normalt begynder fotoner at skabe neutroner, når de interagerer med normalt stof ved energier fra 7 til 40 MeV. Derudover kan elektroner med en energi på omkring 50 MeV inducere en kæmpe dipolresonans i nuklider ved en mekanisme, der er det omvendte af intern omdannelse og dermed skaber neutroner ved en mekanisme svarende til fotoneutrons [1] .

Store enheder

Nukleare fissionsreaktorer

Nuklear fission , som finder sted inde i en reaktor, producerer meget store antal neutroner og kan bruges til en række forskellige formål, herunder elproduktion og eksperimenter.

Nukleare fusionssystemer

Nuklear fusion , fusionen af ​​tunge isotoper af brint, kan også generere et stort antal neutroner. Småskala fusionsmodeller findes til (plasma)forskningsformål på mange universiteter og laboratorier rundt om i verden. Der er også et lille antal nuklear fusionseksperimenter i Storbritannien, herunder National Ignition Facility i US JET i Storbritannien, og ITER -eksperimentet , der i øjeblikket er under opførelse i Frankrig. Ingen af ​​dem er endnu blevet brugt som neutronkilder. Inertistyret fusion kan producere størrelsesordener flere neutroner end fission . [2] Dette kan være nyttigt til neutronradiografi, som kan bruges til at detektere brintatomer i strukturer, løse atomære termiske bevægelser og undersøge kollektive excitationer af kerner mere effektivt end røntgenstråler .

Højenergipartikelacceleratorer

Spallationskilder bruger en intens stråle af protoner, der accelereres til en høj energi (~10 GeV), der falder på et mål, hvilket producerer neutronemission (spaltningsreaktion). Eksempler på sådanne kilder kan være acceleratorkomplekser ISIS (Storbritannien), SNS (USA), ESS (Sverige), IN-6 (Rusland).

Neutronflux

Til de fleste applikationer er en høj neutronflux nødvendig (dette reducerer den tid, der kræves til at udføre et eksperiment, opnå et neutronradiografibillede osv.). Simple fusionsenheder genererer kun omkring 300.000 neutroner i sekundet. Kommercielle fuser-enheder kan generere i størrelsesordenen 109 neutroner pr. sekund, svarende til en brugbar flux på mindre end 105 n /(cm² sek.). Store neutronkilder rundt om i verden opnår en meget større flux. Reaktorbaserede kilder producerer 10 15 n / (cm² * sek), og henfaldskilder genererer over 10 17 n / (cm² * sek).

Se også

Noter

  1. ↑ Kæmpe dipolresonansneutronudbytte produceret af elektroner som en funktion af målmateriale og tykkelse . Hentet 29. august 2017. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  2. ↑ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R. En rute til den lyseste mulige neutronkilde? (engelsk)  // Science  : journal. - 2007. - Februar ( bind 315 , nr. 5815 ). - S. 1092-1095 . - doi : 10.1126/science.1127185 . - . — PMID 17322053 .

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier

da: neutronkilde