Большая советская энциклопедия - нейтронные источники

Нейтронные источники, источники нейтронных пучков. Применяются в ядерно-физических исследованиях и в практических приложениях (см., например, Нейтронный каротаж, Нейтронография). Все Н. и. характеризуются: мощностью (число нейтронов, испускаемых в 1 сек), энергетическим и угловым распределением, поляризацией нейтронов и режимом испускания (непрерывным или импульсным). В первых Н. и. для получения нейтронов использовались ядерные реакции (a, n) на ядрах 7Be или 10B, а также фоторасщепление дейтрона или ядра Be, т. е. реакция (g, n). В первом случае Н. и. представляет собой равномерную механическую смесь порошков 7Be и радиоактивного изотопа, испускающего a-частицы (Ra, Po, Pu и др.), запаянную в ампулу. Соотношение количеств Be и, например, Ra Нейтронные источники 1/5 (по весу). Их мощность определяется допустимым количеством a-активного препарата. Обычно активность ? 10 кюри, что соответствует испусканию Нейтронные источники 107—108 нейтронов в 1 сек (см. табл.). Н. и. со смесью Ra + Be и Am + Be являются одновременно источниками интенсивного g-излучения (104—105 g-квантов на 1 нейтрон). Н. и. со смесью Po + Be и Pu + Be испускают только 1 g-квант на 1 нейтрон. В случае фотонейтронного ампульного источника ампула содержит полый цилиндр или шар из Be или с тяжелой водой D2O, внутри которого размещается источник g-излучения. Энергия g-квантов должна быть выше пороговой энергии фоторасщепления ядер D или Be (см. Фотоядерные реакции). Недостаток такого Н. и. — интенсивное g-излучение; применяется в тех случаях, когда нужно простыми средствами получить моноэнергетические нейтроны. В ампульных Н. и. используется также спонтанное деление тяжелых ядер (см. Ядра атомного деление). После появления ускорителей заряженных частиц для получения нейтронов стали использоваться реакции (р, n) и (d, n) на легких ядрах, а также реакции (d, pn). В специальных ускорительных трубках протоны и дейтроны ускоряются в электрическом поле, создаваемом напряжением Нейтронные источники 105—107 в. Такие нейтронные генераторы разнообразны по размерам и характеристикам (см. рис.). Некоторые из них размещаются на площади 50—100 м2 и обладают мощностью — 1012—1013 нейтронов в 1 сек (энергию можно варьировать от 105 до 107 эв). Существуют и миниатюрные ускорительные трубки (диаметры 25—30 мм), испускающие 107—108 нейтронов в 1 сек, которые используются в нейтронном каротаже. Для получения нейтронов с энергиями 2—15 Мэв наиболее употребительны реакции D (d, n)3He и T (d, n)4He. Мишенью служит гидрид металла (обычно Zr или Ti) с дейтерием или тритием. В реакции D + d значительный выход нейтронов наблюдается уже при энергии дейтронов Нейтронные источники 50 кэв. Энергия нейтронов при этом Нейтронные источники 2 Мэв и растет с ростом энергии протонов. Для нейтронов с энергией 13—20 Мэв предпочтительнее реакция Т + d, дающая больший выход нейтронов. Например, при энергии дейтронов 200 кэв из толстой тритиево-циркониевой мишени вылетают нейтроны с энергией Нейтронные источники 14 Мэв в количестве 108 в 1 сек на 1 мкк дейтронов. Характеристики наиболее распространенных ампульных нейтронных источников. Ядерная реакцияПериод полураспа- даЧисло нейтронов в 1 сек на 1 кюриЭнергия нейтронов в Мэв Реакция (a, n) Ra + Be Rn + Be Po + Be Pu + Be Am + Be 1620 лет 3,8 сут 139 сут 24 тыс. лет 470 лет 107 107 106 106 106Сплошной спектр от 0,1 до 12 с максимумом в области 3—5 Реакция (g, n) Ra + D2O MsTh + Be MsTh + D2O 140La + Be 140La + D2O 124Sb + Be 72Ca + D2O 24Na + Be 24Na + D2O 1620 лет 6,7 года 6,7 года 40 ч 40 ч 60 сут 14,1 ч 14,8 ч 14,8 ч104—105 0,12 0,83 0,2 0,62 0,15 0,024 0,13 0,83 0,22 Спонтанное деление Число нейтронов на 1 мгСплошной спектр 0,1—12 с максимумом в области 1, 5 236Pu 240Pu 244Cm 252Cf2,9 года 6,6?103 лет 18,4 года 2,6 года26 1,1 9?103 2,7?109 Реакция (р, n) на ядрах 7Li и др. удобна для получения моноэнергетических нейтронов в широком диапазоне энергии. Она обычно используется в электростатических ускорителях. Для получения нейтронов более высоких энергий (Нейтронные источники 108 эв) используются реакции (р, n) и (d, pn) на пучках протонов и дейтронов высоких энергий. Реакция (р, n) осуществляется за счет непосредственного выбивания нейтрона из ядра (без промежуточной стадии возбуждения ядра), а также за счет перезарядки летящего нуклона в поле ядра. Нейтроны вылетают в этом случае преимущественно вперед (по направлению протонного пучка), они монохроматичны при фиксированном угле вылета. Реакция (d, pn) (развал дейтрона в поле ядра) приводит к генерации нейтронов с энергией, равной 1/2 энергии дейтрона. В качестве Н. и. используются также электронные ускорители. Интенсивные пучки быстрых электронов направляются на толстые мишени из тяжелых элементов (Pb, U). Возникающие тормозные g-кванты (см. Тормозное излучение) вызывают реакцию (g, n) или деление ядер, сопровождающееся испусканием нейтронов. Все нейтронные генераторы могут работать как в непрерывном, так и импульсном режимах. Самые мощные источники нейтронов — ядерные реакторы. Нейтронный пучок, выведенный из реактора, содержит нейтроны с энергиями от долей эв до 10—12 Мэв. В мощных реакторах плотность потока нейтронов в центре активной зоны реактора достигает 1015 нейтронов в 1 сек с 1 см2 (при непрерывном режиме работы). Импульсные реакторы, работающие в режиме коротких вспышек, создают более высокую плотность потока нейтронов, например импульсный реактор на быстрых нейтронах в Объединенном институте ядерных исследований (ИБР) имеет в момент вспышки в центре активной зоны 1020 нейтронов в 1 сек с 1 см2. Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Портативные генераторы нейтронов в ядерной геофизике, под ред. С. И. Савосина, М., 1962. Б. Г. Ерозолимский.