중성자원
Neutron source| 중성자를 이용한 과학 |
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| 기초 |
| 중성자 산란 |
| 기타 응용 프로그램 |
| 사회 기반 시설 |
| 중성자 시설 |
중성자 선원은 중성자를 생산하는 데 사용되는 메커니즘에 관계없이 중성자를 방출하는 모든 장치이다.중성자원은 물리학, 공학, 의학, 핵무기, 석유 탐사, 생물학, 화학, 그리고 원자력에 사용된다.
중성자 선원 변수에는 선원에서 방출되는 중성자의 에너지, 선원에서 방출되는 중성자의 비율, 선원의 크기, 선원의 소유와 유지 비용 및 선원과 관련된 정부 규제가 포함된다.
소형 디바이스
자연분열(SF)
일부 동위원소는 중성자 방출과 함께 SF를 겪는다.가장 일반적인 자발적 핵분열원은 동위원소인 칼리포늄-252이다.252Cf 및 기타 모든 SF 중성자 선원은 원자로에서 우라늄 또는 초우라닉 원소를 조사하여 생성된다. 여기서 중성자는 시작 물질과 후속 반응 생성물에 흡수되어 시작 물질을 SF 동위원소로 변환한다.252Cf 중성자 선원은 일반적으로 직경이 1/4인치에서 1/2인치, 길이가 1인치에서 2인치이다.일반적인 Cf 중성자 선원은 새로 생겼을 때 초당 10 - 10개의9 중성자를 방출하지만7, 반감기가 2.6년인 경우 중성자 출력이 2.6년 만에 절반으로 감소한다.전형적인 Cf 중성자 선원의 가격은 15,000달러에서 20,000달러이다.
알파 붕괴된 방사성 동위원소, 가벼운 원소와 혼합된 것
중성자는 알파 입자가 베릴륨, 탄소 또는 산소의 동위원소를 포함한 여러 개의 가벼운 동위원소 중 하나에 부딪힐 때 생성됩니다.따라서 라듐, 폴로늄, 아메리슘과 같은 알파 이미터와 원자량이 낮은 동위원소를 혼합하여 중성자원을 만들 수 있다.알파 중성자 선원은 일반적으로 초당 최대6 10-10개의8 중성자를 생성한다.알파 베릴륨 중성자 선원은 10개의 알파 입자당6 약 30개의 중성자를 생성할 수 있다.그러한 선원의 유효 수명은 방사성 동위원소의 반감기에 따라 달라진다.이러한 중성자 선원의 크기와 비용은 자발적 핵분열 선원에 필적한다.일반적인 물질 조합은 플루토늄-베릴륨(PuBe), 아메리슘-베릴륨(AmBe), 아메리슘-리튬(AmLi)입니다.
베릴륨 또는 중수소와 함께 위치한 고에너지 광자에 의해 붕괴되는 방사성 동위원소
원자핵의 중성자 결합 에너지를 초과하는 에너지를 가진 감마선은 중성자(광전자)를 방출할 수 있다.다음 두 가지 반응 예가 있습니다.
밀폐관 중성자 발생기
일부 가속기 기반 중성자 발생기는 중수소 및/또는 삼중수소 이온 빔과 이러한 동위원소를 포함하는 금속 수소화물 표적 사이의 융합을 유도한다.
중형 디바이스
플라즈마 포커스 및 플라즈마 핀치 디바이스
고밀도 플라즈마 초점 중성자 선원은 핵융합을 생성하기에 충분한 온도로 이온화된 중수소 및/또는 삼중수소 가스를 가열하는 고밀도 플라즈마를 생성함으로써 제어된 핵융합을 생성한다.
관성 정전 제한
Farnsworth-Hirsch Fusor와 같은 관성 정전 구속 장치는 전계를 사용하여 플라즈마를 핵융합 상태로 가열하고 중성자를 생성합니다.취미 마니아 신부터 상용 앱까지 다양한 앱이 미국에서 개발되었습니다.
광이온 가속기
수소(H), 중수소(D) 또는 삼중수소(T) 이온원을 가진 기존의 입자 가속기를 사용하여 중수소, 삼중수소, 리튬, 베릴륨 및 기타 저Z [citation needed]물질을 이용하여 중성자를 생산할 수 있다.일반적으로 이러한 가속기는 > 1 MeV 범위의 에너지로 작동합니다.
고에너지 브렘스스트룽 포토뉴트론/광분사 시스템
중성자는 물질의 핵결합 에너지 위에 있는 광자가 그 물질에 입사하여 거대한 쌍극자 공명을 일으키고 그 후에 중성자(광전자)를 방출하거나 핵분열(광전자 방출)을 겪을 때 생성된다.각 핵분열 사건에 의해 방출되는 중성자의 수는 물질에 따라 달라진다.일반적으로 광자는 약 7 - 40 MeV의 에너지에서 정상 물질과 상호작용하여 중성자를 생성하기 시작한다. 즉, 메가볼드 X선을 사용하는 방사선 치료 시설도 중성자를 생성하며, 일부는 중성자 [citation needed]차폐가 필요하다.또한 약 50MeV 이상의 에너지 전자는 내부 변환의 역방향 메커니즘에 의해 핵종에서 거대 쌍극자 공명을 유도하여 포토뉴트론과 [1]유사한 메커니즘에 의해 중성자를 발생시킬 수 있다.
대규모 디바이스
핵분열 원자로
원자로 내에서 핵분열은 많은 중성자를 생성하며 발전 및 실험을 포함한 다양한 목적으로 사용될 수 있다.연구용 원자로는 종종 재료 샘플을 고중성자 플럭스 환경에 배치할 수 있도록 특별히 설계된다.
핵융합 시스템
무거운 수소 동위원소의 융합인 핵융합은 또한 많은 중성자를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.소규모 핵융합 시스템은 (플라스마) 연구 목적으로 전 세계 많은 대학과 연구소에 존재합니다.미국 국립 점화 시설, 영국 JET, 프랑스에서 현재 건설 중인 ITER 실험 등 소수의 대규모 핵융합 실험도 존재한다.중성자 선원으로는 아직 사용되지 않는다.
관성 구속 융합은 [2]파쇄보다 더 많은 중성자를 발생시킬 가능성이 있다.이것은 구조에서 수소 원자의 위치를 찾고, 원자 열 운동을 해결하고, X선보다 더 효과적으로 핵의 집단 들뜸을 연구하는데 사용될 수 있는 중성자 방사선 촬영에 유용할 수 있다.
고에너지 입자 가속기
파쇄원은 높은 에너지로 가속된 양성자가 목표물에 도달하여 중성자 방출을 촉진하는 고플루스 선원이다.고유속 핵분열 원자로가 생성된 중성자의 상한을 가지고 있기 때문에 세계에서 가장 강한 중성자 선원은 파쇄에 기반을 둔 경향이 있다.현재 스웨덴 룬드에 있는 유럽 파쇄 선원은 세계에서 가장 강한 중간 지속 시간 펄스 중성자 선원이 되기 위해 건설 중이다.아임계 핵분열 원자로는 파쇄 중성자 선원을 사용하기 위해 제안되며 핵 변환(예: 의료용 방사성핵종 생산 또는 귀금속 합성)과 발전 모두에 사용할 수 있다(현재 기술 수준에서 약 30 MeV).핵분열로 방출되는 에너지보다 낮은 등급(대부분의 핵분열 악티니드의 경우 200 MeV까지)이다.
중성자속
대부분의 경우 중성자속이 높을수록 좋습니다(실험, 이미지 획득 등에 필요한 시간이 단축되기 때문입니다).퓨저와 같은 아마추어 핵융합 장치는 초당 약 30만 개의 중성자를 생성한다.시판되는 퓨저 장치는 초당 10개의 중성자 정도로9 생성될 수 있으며, 따라서 10n/(cm² s) 미만의5 사용 가능한 플럭스입니다.전 세계의 큰 중성자 빔은 훨씬 더 큰 플럭스를 달성한다.현재 원자로 기반 선원은 10n/(cm² s)를 생성하며15, 스팔레이션 선원은 10n/(cm² s)를17 초과한다.
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레퍼런스
- ^ 대상 물질과 두께의 함수로 전자에 의해 생성되는 거대 쌍극자 공명 중성자 수율
- ^ Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R (February 2007). "A Route to the Brightest Possible Neutron Source?". Science. 315 (5815): 1092–1095. Bibcode:2007Sci...315.1092T. doi:10.1126/science.1127185. PMID 17322053. S2CID 42506679.
