Nøytron kilde - Neutron source
| Vitenskap med nøytroner |
|---|
 |
| Stiftelser |
| Spredning av nøytron |
| Andre applikasjoner |
|
| Infrastruktur |
|
| Nøytronanlegg |
En nøytronkilde er enhver enhet som avgir nøytroner , uavhengig av mekanismen som brukes til å produsere nøytronene. Nøytronkilder brukes i fysikk, ingeniørfag, medisin, atomvåpen, petroleumsforskning, biologi, kjemi og kjernekraft.
Nøytronkildevariabler inkluderer energien til nøytronene som sendes ut av kilden, frekvensen av nøytroner som sendes ut av kilden, størrelsen på kilden, kostnadene ved å eie og vedlikeholde kilden og offentlige forskrifter knyttet til kilden.
Små enheter
Radioisotoper som gjennomgår spontan fisjon
Enkelte isotoper gjennomgår spontan fisjon med utslipp av nøytroner. Den mest brukte spontane fisjonskilden er den radioaktive isotopen californium -252. 252 Cf og alle andre spontane fisjon nøytronkilder produseres ved bestråling av uran eller et annet transuranisk element i en atomreaktor, hvor nøytroner absorberes i utgangsmaterialet og dets påfølgende reaksjonsprodukter, og transmitterer utgangsmaterialet til SF -isotopen. 252 Cf -nøytronkilder er vanligvis 1/4 "til 1/2" i diameter og 1 "til 2" i lengde. Når den kjøpes ny, avgir en typisk 252 Cf nøytronkilde mellom 1 × 10 7 til 1 × 10 9 nøytroner per sekund, men med en halveringstid på 2,6 år faller denne nøytronutgangshastigheten til halvparten av denne opprinnelige verdien på 2,6 år. Prisen på en typisk 252 Cf nøytronkilde er fra $ 15 000 til $ 20 000.
Radioisotoper som forfaller med alfapartikler pakket i en elementær matrise med lavt Z
Nøytroner produseres når alfapartikler treffer noen av flere isotoper med lav atomvekt, inkludert isotoper av beryllium, karbon og oksygen. Denne atomreaksjonen kan brukes til å konstruere en nøytronkilde ved å blande en radioisotop som avgir alfapartikler som radium , polonium eller americium med en isotop med lav atomvekt, vanligvis ved å blande pulver av de to materialene. Typiske utslippshastigheter for alfa -reaksjon nøytron kilder varierer fra 1 × 10 6 til 1 × 10 8 nøytroner per sekund. Som et eksempel kan en representativ alfa-beryllium nøytron kilde forventes å produsere omtrent 30 nøytroner for hver million alfapartikler. Den nyttige levetiden for disse typer kilder er svært variabel, avhengig av halveringstiden til radioisotopen som avgir alfapartiklene. Størrelsen og kostnaden for disse nøytronkildene er sammenlignbare med spontane fisjonskilder. Vanlige kombinasjoner av materialer er plutonium - beryllium (Pube), americium -beryllium (AMBE), eller americium- litium (Åmli).
Radioisotoper som forfaller med højenergifotoner samlokalisert med beryllium eller deuterium
Gammastråling med en energi som overstiger nøytronbindingsenergien til en kjerne kan kaste ut et nøytron (et fotoneutron ). To eksempelreaksjoner er:
Nøytrongeneratorer med forseglede rør
Noen akseleratorbaserte nøytrongeneratorer induserer fusjon mellom bjelker av deuterium og/eller tritiumioner og metallhydridmål som også inneholder disse isotopene.
Mellomstore enheter
Plasmafokus og plasmaklemme -enheter
Den tette plasmafokus -nøytronkilden produserer kontrollert kjernefusjon ved å lage et tett plasma som oppvarmer ionisert deuterium og/eller tritiumgass til temperaturer som er tilstrekkelige for å skape fusjon.
Inertial elektrostatisk innesperring
Inertiske elektrostatiske innesperringsanordninger som Farnsworth-Hirsch- fusoren bruker et elektrisk felt for å varme opp et plasma til fusjonsforhold og produsere nøytroner. Ulike applikasjoner fra en hobbyentusiastscene til kommersielle applikasjoner har utviklet seg, for det meste i USA.
Lysion -akseleratorer
Tradisjonelle partikkelakseleratorer med hydrogen (H), deuterium (D) eller tritium (T) -ionkilder kan brukes til å produsere nøytroner ved bruk av mål for deuterium, tritium, litium, beryllium og andre materialer med lavt Z-nivå. Vanligvis opererer disse akseleratorene med energier i området> 1 MeV.
High-energy bremsstrahlung photoneutron/photofission systems
Nøytroner produseres når fotoner over et kjernefysisk bindingsenergi til et stoff rammer det stoffet, noe som får det til å gjennomgå gigantisk dipolresonans, hvoretter det enten avgir et nøytron ( fotoneutron ) eller gjennomgår fisjon ( fotofisjon ). Antall nøytroner som frigjøres ved hver fisjonhendelse er avhengig av stoffet. Vanligvis begynner fotoner å produsere nøytroner ved interaksjon med normalt stoff ved energier på omtrent 7 til 40 MeV , noe som betyr at strålebehandlinger som bruker røntgenstråler også produserer nøytroner, og noen krever nøytronskjerming. I tillegg kan elektroner med energi over ca. 50 MeV indusere gigantisk dipolresonans i nuklider av en mekanisme som er omvendt av intern konvertering , og dermed produsere nøytroner ved en mekanisme som ligner den for fotoneutroner.
Store enheter
Kjernefysiske reaktorer
Kjernefisjon som finner sted i en reaktor produserer svært store mengder nøytroner og kan brukes til en rekke formål, inkludert kraftproduksjon og eksperimenter. Forskningsreaktorer er ofte spesielt designet for å tillate plassering av eksperimenter i et miljø med høy nøytronstrøm.
Kjernefusjonssystemer
Kjernefusjon , kombinasjonen av de tunge isotoper av hydrogen, har også potensial til å produsere store mengder nøytroner. Små fusjonssystemer eksisterer for (plasma) forskningsformål ved mange universiteter og laboratorier rundt om i verden. Det finnes også et lite antall store fusjonseksperimenter, inkludert National Ignition Facility i USA, JET i Storbritannia, og snart ITER -eksperimentet som nå er under bygging i Frankrike. Ingen er ennå brukt som nøytronkilder.
Treghetsfengsel har potensial til å produsere størrelsesordener flere nøytroner enn spallasjon . Dette kan være nyttig for nøytronradiografi som kan brukes til å lokalisere hydrogenatomer i strukturer, løse atomær termisk bevegelse og studere kollektive eksitasjoner av kjerner mer effektivt enn røntgenstråler .
Høyenergi-partikkelakseleratorer
En spallasjonskilde er en kilde med høy fluks der protoner som har blitt akselerert til høye energier treffer et målmateriale, noe som forårsaker utslipp av nøytroner.
Nøytronstrøm
For de fleste applikasjoner er en høyere nøytronstrøm bedre (siden det reduserer tiden som kreves for å gjennomføre eksperimentet, skaffe bildet, etc.). Amatørfusjonsenheter , som fusoren , genererer bare omtrent 300 000 nøytroner per sekund. Kommersielle fusor anordninger generere i størrelsesordenen 10 9 nøytroner pr sekund, noe som tilsvarer en brukbar fluks på mindre enn 10 5 n / (cm² s). Store nøytronstrålelinjer rundt om i verden oppnår mye større fluks. Reaktorbaserte kilder produserer nå 10 15 n/(cm² s), og spallasjonskilder genererer større enn 10 17 n/(cm² s).
Se også
- Nøytronutslipp
- Nøytrongenerator , kommersielle enheter
- Nøytrontemperatur ('rask' eller 'langsom')
- Oppstart nøytron kilde
- Zetatron
Referanser
- ^ Giant Dipole Resonance Neutron Utbytter produsert av elektroner som en funksjon av målmateriale og tykkelse
- ^ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R (februar 2007). "En rute til den lyseste mulige nøytronkilden?". Vitenskap . 315 (5815): 1092–1095. Bibcode : 2007Sci ... 315.1092T . doi : 10.1126/science.1127185 . PMID 17322053 .