neutronų šaltiniai

neutrònų šaltniai, įrenginiai, spinduliuojantys neutronus, gaunamus branduolinių reakcijų metu. Pagrindinės charakteristikos: neutronų srautas (neutronų skaičius, susidarantis per 1 s, s^–1), neutronų srauto tankis (s^–1 cm^–2), srauto stabilumas ir neutronų energijos spektras. Neutronai susidaro savaime dalijantis kai kuriems izotopams. Dažniausiai naudojamas kalifornio ²⁵²Cf (pusėjimo trukmė T_1/2 = 2,645 metai) šaltinis. Dalijantis ²⁵²Cf branduoliui sukuriami 4 neutronai, bendras neutronų srautas, sukuriamas 1 g ²⁵²Cf, siekia 2,3·10¹² s^–1, savaiminio dalijimosi reakcijos tikimybė 0,309. Spinduliuojamų neutronų energija 1–3 MeV. Kalifornio ²⁵²Cf, plutonio ²³⁶Pu (T_1/2 = 2,858 metai), ²³⁸Pu (T_1/2 = 87,7 metai), ²⁴⁰Pu (T_1/2 = 6564 metai), kiurio ²⁴²Cm (T_1/2 = 162,79 dienos), ²⁴⁴Cm (T_1/2 = 18,1 metų) neutronų šaltiniai gaminami švitinant uraną arba transuraninius elementus branduoliniuose reaktoriuose. Kitas neutronų šaltinis (α, n) branduolinės reakcijos, kai alfa dalelėmis apšaudomi mažos atominės masės izotopai (berilis, boras, anglis, deguonis), pvz., vykstant reakcijai ⁹Be(α, n)¹²C. Maišant miltelių pavidalo berilio ⁹Be, boro ¹⁰B izotopus su alfa aktyviais izotopais (radžiu ²²⁶Ra, radonu ²²²Rn, poloniu ²¹⁰Po, ²¹⁸Po, bismutu ²¹⁴Bi, plutoniu ²³⁹Pu, americiu ²⁴¹Am) gaunami kompaktiški neutronų šaltiniai (mišinys ar lydinys nerūdijančiojo plieno apvalkale). Tokių izotopinių šaltinių pusėjimo trukmė priklauso nuo alfa spinduolio pusėjimo trukmės, pvz., būdingas Po‑Be ir Pu‑Be šaltinių neutronų tankio srautas 10⁷–10⁹ s^–1. Dažniausiai naudojami šie mišiniai – PuBe₁₃, AmBe₁₃ arba AmLi. Laisvi neutronai susidaro ir vykstant (γ, n) branduolinėms reakcijoms, kai gama spinduliuotės energija viršija branduolio ryšio energiją. Tokie neutronų šaltiniai sudaryti iš berilio ar sunkiojo vandens pripildyto cilindro, kurio viduje įtaisyta ampulė su stipriu gama spinduliuotės šaltiniu (stibiu ¹²⁴Sb, itriu ⁸⁸Y, natriu ²⁴Na), skleidžia beveik vienos energijos neutronus. Neutronų srautas priklauso nuo taikinio medžiagos, būna 10⁵–10⁶ s^–1. Pvz., ²⁴Na skleidžia 2,76 MeV gama spinduliuotę, kurios energijos pakanka reakcijai γ + ⁹Be → ⁸Be + n sukelti. Neutronai susidaro per šias branduolines reakcijas dalelių greitintuvuose – D(d, n)³He, T(d, n)⁴He, ⁹Be(d, n)¹⁰B, ⁷Li(p, n)⁷Be, T(p, n)³He deuterio, tričio ar sunkesniems jonams sąveikaujant su hibridiniais metalų taikiniais, kurie turi vieną iš šių izotopų. Dažnai naudojami cirkonio ar titano, sodrinto deuteriu ar tričiu, taikiniai. 14 MeV neutronai gali būti gaunami termobranduolinės D–T sintezės metu, pvz., (1 MW galios reaktoriuje D(t, n)⁴He šaltinis sukuria 4·10¹⁷ s^–1 neutronų srautą). Yra nedideli nešiojamieji D(d, n)³He reakcijos pagrindu veikiantys neutronų šaltiniai, naudojami medicinoje navikams gydyti. Galingiausi neutronų šaltiniai – branduoliniai reaktoriai. Neutronų srauto tankis arti branduolinio reaktoriaus aktyviosios zonos siekia 10¹⁵ s^–1cm^–2), neutronų energija iki 5–7 MeV, bet daugiausiai gaunama 1–2 MeV energijos neutronų. Yra neutronų daugintuvai – reaktoriaus ikikritinėje aktyviojoje zonoje išoriniu neutronų šaltiniu sukeliama nesavaiminė branduolinė grandininė reakcija (ja skaldomi branduoliai), kuriai vykstant sukuriamas 10⁷–10⁸ s^–1cm^–2 neutronų srauto tankis.

Neutronų šaltiniai naudojami įvairiose fizikos (branduolio fizika ir inžinerija), biologijos (neutronų poveikis biologinėms sistemoms), chemijos, medicinos (neutronų terapija) ir energetikos srityse. Parenkami pagal spinduliuojamų neutronų energiją, neutronų srauto parametrus, neutronų šaltinio dydį, kainą ir taikomus radiacinės saugos reikalavimus. Neutronų šaltiniai naudojami kuriant technologijas ir įrangą darbui su neutronais, testuojant kurą ir konstrukcines medžiagas (įprasti energetiniai reaktoriai, naujos kartos ir termobranduolinės sintezės reaktoriai), branduolio virsmams tirti, neutroniniuose tyrimuose (neutronų aktyvacinė analizė, boro neutronų terapija, neutronų radiografija, neutronų difrakcijos eksperimentai, šaltųjų neutronų pluoštų taikymas, neutronų poliarizacijos eksperimentai). Didelis neutronų srautas ypač parankus neutronų šaltinių gamybai (pvz., medicinoje naudojamiems šaltiniams). Tiriamųjų reaktorių pavyzdžiai Europoje: ILL Grenoblio (Prancūzija) reaktorius (galia 58 MW), didelio neutronų srauto reaktorius (HFR) Europos komisijos jungtinių tyrimų centre (JRC) Pettene, Nyderlanduose (45 MW), Budapešto tiriamasis VVR‑SM tipo reaktorius (10 MW).

1213