Neutronilähde

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 1. heinäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Neutronilähde  on mikä tahansa laite, joka lähettää neutroneja , riippumatta mekanismista, jolla ne syntyvät. Neutronilähteitä käytetään fysiikassa, tekniikassa, lääketieteessä, ydinaseissa, öljyn etsinnässä, biologiassa, kemiassa ja ydinvoimassa.

Neutronilähteiden ominaisuuksia ovat lähteen emittoimien neutronien energiaspektri, lähteen intensiteetti, neutronivuon polarisaatio, neutronisäteen ajoitus, lähteen koko, säteilylähteen omistus- ja ylläpitokustannukset. lähde ja lähdettä koskevat hallituksen määräykset.

Esimerkiksi radioisotooppineutronilähteet luokitellaan säteilyvaararyhmään 3, jonka säteily on alle 10 5 n/s "Radioisotooppilaitteiden suunnittelun ja toiminnan hygieniavaatimusten" ( SanPiN 2.6.1.1015-01) mukaisesti.

Kompakti (ampulli) laitteet

Spontaanista fissiosta peräisin olevien neutronien radioisotooppilähteet

Jotkut isotoopit halkeavat spontaanisti neutronien emission myötä. Yleisimmin käytetty spontaani fissiolähde on radioaktiivinen isotooppi kalifornium  -252. Cf-252 ja kaikki muut spontaanin fission neutronilähteet tuotetaan säteilyttämällä uraania tai muuta transuraanielementtiä ydinreaktorissa, jossa neutronit absorboivat lähdemateriaalia ja sen myöhempiä reaktiotuotteita, jotka muuttavat lähdemateriaalin isotoopiksi, joka on altis spontaanille fissiolle .

Ydinreaktion neutronien radioisotooppilähteet (α,n)

Neutroneita syntyy, kun alfahiukkanen törmää johonkin useista pieniatomipainoisista isotoopeista, mukaan lukien berylliumin, hiilen ja hapen isotoopit. Tätä ydinreaktiota voidaan käyttää neutronien lähteen luomiseen sekoittamalla radioisotooppi, joka emittoi alfahiukkasia, kuten radium-226 , polonium-210 tai americium-241 , alhaisen atomimassan isotoopin, yleensä metallisen berylliumin tai boorin , kanssa . Alfareaktion neutronilähteiden tyypilliset päästönopeudet vaihtelevat välillä 1 × 10 6 - 1 × 10 8 neutronia sekunnissa. Esimerkkinä voidaan olettaa, että tyypillinen alfa-berylliumneutronilähde on noin 30 neutronia jokaista miljoonaa alfahiukkasta kohden. Tällaisten lähteiden käyttöikä vaihtelee suuresti riippuen alfahiukkasia lähettävän radioisotoopin puoliintumisajasta. Näiden neutronilähteiden koko ja hinta ovat verrattavissa spontaaneihin fissiolähteisiin. Yleisiä materiaaliyhdistelmiä ovat plutonium  - beryllium (PuBe), americium  -beryllium (AmBe) tai americium  - litium (AmLi).

Ydinreaktion (γ,n) neutronien radioisotooppilähteet

Gammasäteily, jonka energia on suurempi kuin ytimen neutronien sitoutumisenergia, voi tuoda esiin neutronin ( fotoneutronin ). Kaksi reaktiota:

Suljetut putkineutronigeneraattorit

Jotkut kiihdytinpohjaiset neutronilähteet käyttävät fuusioreaktioita deuterium- ja/tai tritiumionisuihkujen ja litiumhydridin välillä , joka sisältää myös näitä isotooppeja.

Keskikokoiset laitteet

Plasmalaitteet

Neutronilähde on plasmafilamentti, joka tuottaa hallittua ydinfuusiota luomalla tiheän plasman, jossa ionisoitua deuterium- ja/tai tritiumkaasua kuumennetaan lämpötiloihin, jotka ovat riittävät reaktion aikaansaamiseksi. Katso tokamak

Inertiaalinen sähköstaattinen rajoitus

Inertiaalinen sähköstaattinen rajoitus, kuten Farnsworth-Hirsch-fuusori, käyttää sähkökenttää plasman lämmittämiseen sulamisolosuhteissa ja neutronien tuottamiseen. Toteutuksia on monenlaisia ​​harrastajien oma-aloitteisista projekteista kaupallisiin kehitysvaihtoehtoihin, esimerkiksi yhdysvaltalaisen Phoenix Nuclear Labsin ehdottamiin.

Kevyt ionikiihdyttimet

Perinteisiä hiukkaskiihdyttimiä , joissa on vety- (H), deuterium- (D) tai tritium (T)-ionien lähteitä, voidaan käyttää neutronien tuottamiseen käyttämällä kohteita, jotka on valmistettu deuteriumista, tritiumista, litiumista, berylliumista ja muista alhaisen atomiluvun materiaaleista. Tyypillisesti nämä kiihdyttimet toimivat energioilla, jotka ovat > 1 MeV alueella.

Korkean energian bremsstrahlung -valoneutroni-/valosäteilyjärjestelmät

Neutronit syntyvät, kun fotoneja, joiden energia on suurempi kuin ytimen sitoutumisenergia, saapuu aineeseen, mikä saa sen läpi jättimäisen dipoliresonanssin, jonka jälkeen ydin joko emittoi neutronin (fotoneutroni) tai fissio (fotofissio). Jokaisessa fissiotapahtumassa vapautuvien neutronien määrä riippuu aineesta. Yleensä fotonit alkavat luoda neutroneja ollessaan vuorovaikutuksessa normaalin aineen kanssa energioissa 7-40 MeV. Lisäksi elektronit, joiden energia on noin 50 MeV, voivat indusoida jättimäisen dipoliresonanssin nuklideissa mekanismilla, joka on päinvastainen sisäiselle konversiolle ja siten luo neutroneja samanlaisella mekanismilla kuin fotoneutronit [1] .

Suuret laitteet

Ydinfissioreaktorit

Ydinfissio , joka tapahtuu reaktorin sisällä, tuottaa erittäin suuren määrän neutroneja, ja sitä voidaan käyttää moniin tarkoituksiin, mukaan lukien sähköntuotantoon ja kokeisiin.

Ydinfuusiojärjestelmät

Ydinfuusio , vedyn raskaiden isotooppien fuusio, voi myös tuottaa suuria määriä neutroneja. Pienen mittakaavan fuusiomalleja on olemassa (plasma)tutkimustarkoituksiin monissa yliopistoissa ja laboratorioissa ympäri maailmaa. Yhdistyneessä kuningaskunnassa on myös pieni määrä ydinfuusiokokeita, mukaan lukien National Ignition Facility Yhdysvaltain JET :ssä Isossa-Britanniassa ja ITER -kokeilu , joka on parhaillaan rakenteilla Ranskassa. Yhtään niistä ei ole vielä käytetty neutronilähteenä. Inertiaohjattu fuusio voi tuottaa suuruusluokkaa enemmän neutroneja kuin fissio . [2] Tämä voi olla hyödyllinen neutroniradiografiassa, jota voidaan käyttää vetyatomien havaitsemiseen rakenteissa, atomien lämpöliikkeen selvittämiseen ja ytimien kollektiivisten viritysten tutkimiseen tehokkaammin kuin röntgensäteet .

Korkeaenergiset hiukkaskiihdyttimet

Spallaatiolähteet käyttävät kohteeseen pudotettua intensiivistä korkeaan energiaan (~10 GeV) kiihdytettyä protonesuihkua, joka tuottaa neutroniemission (halkaisureaktio). Esimerkkejä tällaisista lähteistä voivat olla kiihdytinkompleksit ISIS (Iso-Britannia), SNS (USA), ESS (Ruotsi), IN-6 (Venäjä).

Neutronivuo

Useimmissa sovelluksissa tarvitaan suuri neutronivuo (tämä lyhentää aikaa, joka tarvitaan kokeen suorittamiseen, neutroniradiografiakuvan saamiseen jne.). Yksinkertaiset fuusiolaitteet tuottavat vain noin 300 000 neutronia sekunnissa. Kaupalliset kiinnityslaitteet voivat tuottaa luokkaa 10 9 neutronia sekunnissa, mikä vastaa alle 10 5 n/(cm² s) käyttökelpoista virtaa. Suuret neutronilähteet ympäri maailmaa saavuttavat paljon suuremman vuon. Reaktoripohjaiset lähteet tuottavat 10 15 n / (cm² * s) ja hajoamislähteet yli 10 17 n / (cm² * s).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Elektronien tuottamat jättimäiset dipoliresonanssineutronit kohdemateriaalin ja -paksuuden funktiona . Haettu 29. elokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 24. syyskuuta 2015.
  2. ↑ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R. Reitti kirkkaimpaan mahdolliseen neutronilähteeseen? (englanniksi)  // Science  : Journal. - 2007. - Helmikuu ( nide 315 , nro 5815 ). - s. 1092-1095 . - doi : 10.1126/tiede.1127185 . - . — PMID 17322053 .

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat

fi:neutronilähde