nötron kaynağı - Neutron source

Bir nötron kaynağı , nötronları üretmek için kullanılan mekanizmadan bağımsız olarak, nötron yayan herhangi bir cihazdır . Nötron kaynakları fizik, mühendislik, tıp, nükleer silahlar, petrol arama, biyoloji, kimya ve nükleer enerjide kullanılmaktadır.

Nötron kaynağı değişkenleri, kaynak tarafından yayılan nötronların enerjisini, kaynak tarafından yayılan nötronların oranını, kaynağın boyutunu, kaynağa sahip olmanın ve sürdürmenin maliyetini ve kaynakla ilgili hükümet düzenlemelerini içerir.

Küçük cihazlar

Kendiliğinden fisyona uğrayan radyoizotoplar

Bazı izotoplar , nötron emisyonu ile kendiliğinden fisyona uğrar . En yaygın olarak kullanılan spontan fisyon kaynağı, radyoaktif izotop kaliforniyum -252'dir. ²⁵² Cf ve diğer tüm spontane fisyon nötron kaynakları, bir nükleer reaktörde uranyum veya başka bir transuranik elementin ışınlanmasıyla üretilir , burada nötronlar başlangıç materyalinde ve müteakip reaksiyon ürünlerinde emilir ve başlangıç materyali SF izotopuna dönüştürülür . ²⁵² Cf nötron kaynakları tipik olarak 1/4" ila 1/2" çapında ve 1" ila 2" uzunluğundadır. Yeni tipik satın alındığında ²⁵² 1 x 10 ila Cf nötron kaynağı yaydığı ⁷ 1 x 10 için ⁹ 2.6 yıllık bir yarılanma ömrü ile saniyede nötron ancak, bu nötron çıkış hızı 2.6 yıl içinde bu orijinal değerinin yarıya düşer. Tipik bir ²⁵² Cf nötron kaynağının fiyatı 15.000 ila 20.000 ABD Doları arasındadır.

Düşük Z elementli matriste paketlenmiş alfa parçacıkları ile bozunan radyoizotoplar

Nötronlar, alfa parçacıkları berilyum, karbon ve oksijen izotopları dahil olmak üzere birkaç düşük atom ağırlıklı izotoptan herhangi birine çarptığında üretilir . Bu nükleer reaksiyon, radyum , polonyum veya amerikyum gibi alfa parçacıkları yayan bir radyoizotop ile düşük atom ağırlıklı bir izotopu karıştırarak, genellikle iki malzemenin tozlarını karıştırarak bir nötron kaynağı oluşturmak için kullanılabilir . A Reaksiyon nötron kaynakları için tipik emisyon oranları 1 x 10 arasında değişir ⁶ 1 10 × ⁸ saniyede nötronlar. Örnek olarak, temsili bir alfa-berilyum nötron kaynağının her bir milyon alfa parçacığı için yaklaşık 30 nötron üretmesi beklenebilir. Bu tür kaynaklar için faydalı ömür, alfa parçacıklarını yayan radyoizotopun yarı ömrüne bağlı olarak oldukça değişkendir. Bu nötron kaynaklarının boyutu ve maliyeti, kendiliğinden fisyon kaynaklarıyla karşılaştırılabilir. Malzemelerin olağan kombinasyonları plütonyum - berilyum (PuBe), amerikyum -berilyum (AmBe) veya amerikyum - lityumdur (AmLi).

Berilyum veya döteryum ile birlikte bulunan yüksek enerjili fotonlarla bozunan radyoizotoplar

Bir çekirdeğin nötron bağlama enerjisini aşan bir enerjiye sahip gama radyasyonu, bir nötron (bir fotonötron ) çıkarabilir . İki örnek reaksiyon:

⁹Be + >1.7 MeV foton → 1 nötron + 2 ⁴ He
²H ( döteryum ) + >2,26 MeV foton → 1 nötron + ¹ H

Mühürlü tüp nötron jeneratörleri

Bazı hızlandırıcı tabanlı nötron jeneratörleri , döteryum ve/veya trityum iyonlarının ışınları ile bu izotopları da içeren metal hidrit hedefleri arasında füzyonu indükler .

Orta boy cihazlar

Plazma odak ve plazma sıkıştırma cihazları

Yoğun plazma odak nötron kaynağı kontrol üreten nükleer füzyon iyonize ısıtır, içinde yoğun bir plazma oluşturularak döteryum ve / veya trityum füzyonu oluşturmak için yeterli sıcaklıklarda gaz.

Atalet elektrostatik hapsi

Atalet elektrostatik sınırlandırıcı gibi Farnsworth'un-Hirsch gibi cihazlar Fusor bir kullanımı elektrik alanı füzyon koşulları ve üretim nötronlara bir plazma ısı. Bir hobi meraklısı sahnesinden ticari uygulamalara kadar çeşitli uygulamalar , çoğunlukla ABD'de geliştirilmiştir.

Işık iyon hızlandırıcıları

Hidrojen (H), döteryum (D) veya trityum (T) iyon kaynaklarına sahip geleneksel parçacık hızlandırıcılar, döteryum, trityum, lityum, berilyum ve diğer düşük Z malzemelerinin hedeflerini kullanarak nötron üretmek için kullanılabilir. Tipik olarak bu hızlandırıcılar > 1 MeV aralığındaki enerjilerle çalışır.

Yüksek enerjili ışınlanan fotonötron / fotofizyon sistemleri

Nötronlar, bir maddenin nükleer bağlanma enerjisinin üzerindeki fotonlar o madde üzerine geldiğinde üretilir ve bu maddenin dev dipol rezonansına girmesine neden olur ve ardından ya bir nötron ( fotonötron ) yayar ya da fisyona ( fotofisyon ) uğrar . Her fisyon olayı tarafından salınan nötron sayısı maddeye bağlıdır. Tipik olarak fotonlar, yaklaşık 7 ila 40 MeV enerjilerde normal madde ile etkileşim üzerine nötron üretmeye başlar , bu, megavoltaj X-ışınları kullanan radyoterapi tesislerinin de nötronlar ürettiği ve bazılarının nötron koruması gerektirdiği anlamına gelir . Ek olarak, yaklaşık 50 MeV üzerindeki enerji elektronları, iç dönüşümün tersi olan bir mekanizma ile nüklidlerde dev dipol rezonansı indükleyebilir ve böylece fotonötronlarınkine benzer bir mekanizma ile nötronlar üretebilir.

Büyük cihazlar

Nükleer fisyon reaktörleri

Bir reaktör içinde gerçekleşen nükleer fisyon , çok büyük miktarlarda nötron üretir ve enerji üretimi ve deneyler dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için kullanılabilir. Araştırma reaktörleri genellikle deneylerin yüksek nötron akışı ortamına yerleştirilmesine izin vermek için özel olarak tasarlanmıştır.

Nükleer füzyon sistemleri

Hidrojenin ağır izotoplarının birleşimi olan nükleer füzyon da büyük miktarlarda nötron üretme potansiyeline sahiptir. Dünya çapında birçok üniversite ve laboratuvarda (plazma) araştırma amaçlı küçük ölçekli füzyon sistemleri mevcuttur. ABD'deki Ulusal Ateşleme Tesisi , Birleşik Krallık'taki JET ve yakında Fransa'da şu anda yapım aşamasında olan ITER deneyi de dahil olmak üzere az sayıda büyük ölçekli nükleer füzyon deneyi de mevcuttur . Henüz hiçbiri nötron kaynağı olarak kullanılmamaktadır.

Ataletsel hapsetme füzyonu , parçalanmadan çok daha fazla nötron üretme potansiyeline sahiptir . Bu , yapılardaki hidrojen atomlarını konumlandırmak, atomik termal hareketi çözmek ve çekirdeklerin toplu uyarımlarını X ışınlarından daha etkili bir şekilde incelemek için kullanılabilen nötron radyografisi için faydalı olabilir .

Yüksek enerjili parçacık hızlandırıcıları

Bir spallasyon kaynağı, yüksek enerjilere hızlandırılmış protonların bir hedef malzemeye çarparak nötron emisyonuna neden olduğu yüksek akışlı bir kaynaktır .

nötron akışı

Çoğu uygulama için, daha yüksek bir nötron akısı daha iyidir (çünkü deneyi yürütmek, görüntüyü elde etmek vb. için gereken süreyi azaltır). Füzör gibi amatör füzyon cihazları saniyede sadece yaklaşık 300.000 nötron üretir. Ticari Fusor cihazları 10 mertebesinde üretebilir ⁹ 10'dan daha az kullanılabilir bir akısına saniyede nötronlar, karşılık ⁵ n / (cm² s). Dünya çapındaki büyük nötron demet hatları çok daha büyük akı elde ediyor. Reaktöre dayalı kaynaklar artık 10 ¹⁵ n/(cm² s) üretir ve parçalanma kaynakları 10 ¹⁷ n/(cm² s)' den fazla üretir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ Hedef Malzeme ve Kalınlığın Bir Fonksiyonu Olarak Elektronlar Tarafından Üretilen Dev Dipol Rezonans Nötron Verimleri
^ Taylor, Andrey; Dunne, M; Bennington, S; Ansel, S; Gardner, ben; Norreys, P; Broome, T; Bul, D; Nelmes, R (Şubat 2007). "Mümkün olan En Parlak Nötron Kaynağına Giden Bir Yol?". Bilim . 315 (5815): 1092-1095. Bibcode : 2007Sci...315.1092T . doi : 10.1126/science.1127185 . PMID 17322053 .

Dış bağlantılar

[1] Hedef Malzeme ve Kalınlığın Bir Fonksiyonu Olarak Elektronlar Tarafından Üretilen Dev Dipol Rezonans Nötron Verimleri

[taylor2007-2] Taylor, Andrey; Dunne, M; Bennington, S; Ansel, S; Gardner, ben; Norreys, P; Broome, T; Bul, D; Nelmes, R (Şubat 2007). "Mümkün olan En Parlak Nötron Kaynağına Giden Bir Yol?". Bilim . 315 (5815): 1092-1095. Bibcode : 2007Sci...315.1092T . doi : 10.1126/science.1127185 . PMID 17322053 .

Languages

In other projects