Нейтронное излучение

7 ноября 2021

Нейтронное излучение является результатом спонтанного деления ядер делящихся радиоактивных материалов, либо результатом взаимодействия альфа частиц с легкими ядрами. Нейтроны обладают энергией от долей до десятков МэВ. Нейтроны с малой энергией (тепловые) легко проникают в ядра, вызывая их перегруппировку с образованием искусственного радиоактивного изотопа того же элемента. Например:

https://pdnr.ru/studopediaru/baza29/6268401814154.files/image008.gif

Образовавшийся изотоп кобальта обладает искусственной радиоактивностью. Испуская бета – частицу, он превращается в стабильный изотоп никеля https://pdnr.ru/studopediaru/baza29/6268401814154.files/image010.gif. В процессе распада ядра https://pdnr.ru/studopediaru/baza29/6268401814154.files/image012.gifИспускаются два γ – кванта с энергией 1,17 и 1,33 МэВ.

Фиксация нейтронного излучения может служить основанием для подозрения о наличии в перевозимом грузе делящихся материалов.

Нейтронная бомба

Нейтронная бомба отличается от «классических» видов ядерного оружия — атомной и водородной бомб — прежде всего мощностью. Она имеет мощность около 1 кт ТНТ, что в 20 раз меньше мощности бомбы, сброшенной на Хиросиму, и примерно в 1000 раз меньше больших (мегатонных) водородных бомб.

Ударная волна и тепловое излучение, возникающие при взрыве нейтронной бомбы, в 10 раз слабее, чем при воздушном взрыве атомной бомбы типа «Хиросима». Так, взрыв нейтронной бомбы на высоте 100 м над землёй, вызовет разрушения только в радиусе 200—300 м.

Губительное для всего живого действие оказывает излучение быстрых нейтронов, плотность потока которых при взрыве нейтронной бомбы в 14 раз выше, чем при взрыве «классических» ядерных бомб. Нейтроны убивают всё живое в радиусе 2,5 км. Поскольку нейтронное излучение создаёт короткоживущие радиоизотопы, к эпицентру взрыва нейтронной бомбы можно «безопасно» приблизиться — по утверждению её создателей — уже через 12 ч.

Для сравнения укажем, что водородная бомба надолго загрязняет радиоактивными веществами территорию радиусом около 7 км.

Источники

Нейтроны могут испускаться в результате ядерного синтеза или деление ядер, или от других ядерных реакций, таких как радиоактивный распад или взаимодействия частиц с космическими лучами или внутри ускорителей частиц. Большие нейтронные источники встречаются редко и обычно ограничиваются крупногабаритными устройствами, такими как ядерные реакторы или ускорители частиц, включая Источник нейтронов расщепления.

Нейтронное излучение было обнаружено из наблюдая столкновение альфа-частицы с ядром бериллия, которое превратилось в углеродноеядро ​​, испуская нейтрон, Be(α, n)C. Комбинация излучателя альфа-частиц и изотопа с большой (α, n) вероятность ядерной реакции по-прежнему является обычным источником нейтронов.

Нейтронное излучение от деления

Нейтроны в ядерной Реакторы, как правило, делятся на медленные (тепловые) нейтроны или быстрые нейтроны в зависимости от их энергии. Тепловые нейтроны аналогичны по распределению энергии (распределение Максвелла – Больцмана ) в газ в термодинамическом равновесии ; но легко захватываются атомными ядрами и являются основным средством, с помощью которого элементы претерпевают ядерную трансмутацию.

Для достижения эффективной цепной реакции деления нейтроны, образующиеся во время деления, должны быть захваченными делящимися ядрами, которые затем расщепляются, высвобождая больше нейтронов.

В большинстве конструкций реакторов деления ядерное топливо недостаточно очищено, чтобы поглотить достаточно быстрых нейтронов для продолжения цепной реакции, из-за более низкого сечение для нейтронов более высоких энергий, поэтому a замедлитель нейтронов должен быть введен для замедления быстрых нейтронов до тепловых скоростей, чтобы обеспечить достаточное поглощение. Обычные замедлители нейтронов включают графит, обычную (легкую) воду и тяжелую воду.

Несколько реакторов (реакторы на быстрых нейтронах ) и все ядерное оружие полагаются на быстрые нейтроны. Это требует определенных изменений конструкции и необходимого ядерного топлива. Элемент бериллий особенно полезен из-за его способности действовать как отражатель нейтронов или линза. Это позволяет использовать меньшие количества делящегося материала и является основной технической разработкой, которая привела к созданию нейтронных бомб.

Космогенных нейтронов

Космогенных нейтронов, нейтронов, образованных космическим излучением в атмосфере или на поверхности Земли, а те, которые вырабатываются в ускорителях частиц, могут иметь значительно более высокую энергию, чем те, которые встречаются в реакторах. Большинство из них активируют ядро, не достигнув земли; некоторые реагируют с ядрами в воздухе.

Реакции с азотом-14 приводят к образованию углерода-14 (C), широко используемого в радиоуглеродном датировании.

Использование

Холодное, термическое и горячее нейтронное излучение наиболее часто используется в экспериментах по рассеянию и дифракции для оценки свойств и структуры материалов в кристаллографии, конденсированных средах. физика, биология, химия твердого тела, материаловедение, геология, минералогия и др. науки.

Нейтронное излучение также используется в боронейтронно-захватной терапии для лечения раковых опухолей из-за его высокой проникающей способности и повреждающего характера для клеточной структуры.

Нейтроны также могут использоваться для визуализации промышленных деталей, называемой нейтронной радиографией при использовании пленки, нейтронной радиоскопией при получении цифрового изображения, например, через электронные матрицы, и нейтронной томографией для трехмерного изображения. изображений.

Нейтронная визуализация широко используется в ядерной, космической и аэрокосмической отраслях, а также в производстве взрывчатых веществ высокой надежности.

Механизмы и свойства ионизации

Нейтронное излучение часто косвенно называют ионизирующим излучением. Он не ионизирует атомы так же, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны (возбуждая электрон), потому что нейтроны не имеют заряда.

Однако нейтронные взаимодействия в значительной степени ионизируют, например, когда поглощение нейтронов приводит к гамма-излучению, а гамма-излучение (фотон) впоследствии удаляет электрон из атома, или ядро, отскакивающее от нейтронного взаимодействия, ионизируется и вызывает более традиционна последующая ионизация в других атомах. Поскольку нейтроны не заряжены, они проникают лучше, чем альфа-излучение или бета-излучение.

В некоторых случаях они обладают большей проникающей способностью, чем гамма-излучение, которое затруднено в материалах с высоким атомным номером. В материалах с низким атомным номером, таких как водород, гамма-излучение низкой энергии может быть более проникающим, чем нейтрон высокой энергии.

Защита

Быстрые нейтроны плохо поглощаются любыми ядрами, поэтому для защиты от нейтронного излучения применяют комбинацию замедлитель — поглотитель. Наилучшие замедлители — водородсодержащие материалы. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Также в качестве замедлителей применяют бериллий и графит. Замедленные нейтроны хорошо поглощаются ядрами бора, кадмия.

Поскольку поглощение нейтронного излучения сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец — полиэтилен, сталь — вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроксидов тяжёлых металлов, например железа Fe(OH)3.

Радиоактивное излучение, взаимодействуя с облучаемой средой, образует ионы разных знаков.

Этот процесс называется ионизацией и обусловлен действием на облучаемую среду ядер атомов гелия (α-частицы), электронов и позитронов (β-частицы), а также незаряженных частиц (корпускулярное и нейтронное излучение), электромагнитного/фотонного (рентгеновское [характеристическое и тормозное] и γ-излучение) и другого излучений. Ни один из этих видов радиоактивного излучения не воспринимается органами чувств человека.

Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Так называемое вторичное излучение нейтрона, когда он сталкивается с каким-либо ядром или электроном, оказывает сильное ионизирующее воздействие. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах лёгких элементов, особенно водорода, а также на материалах, содержащих такие ядра — воде, парафине, полиэтилене и др.

В качестве защитного материала часто используют парафин, толщина которого для Ро—Be – и Ро—В-источников нейтронов будет примерно в 1,2 раза меньше, чем толщина водной защиты.

Следует отметить, что нейтронное излучение радиоизотопных источников часто сопровождается γ-излучением, поэтому необходимо проверять, обеспечивает ли защита от нейтронов также защиту от γ-излучения. Если не обеспечивает, то необходимо вводить в защиту компоненты с высоким атомным номером (железо, свинец).

При внешнем облучении основную роль играют гамма – и нейтронное излучение. Альфа – и бета-частицы составляют главный поражающий фактор радиоактивных облаков, образуемых продуктами деления, остатками расщепляющегося материала и вторично активированными веществами при ядерном взрыве, однако эти частицы легко поглощаются одеждой и поверхностными слоями кожи.

Под действием медленных нейтронов в организме создаётся наведённая радиоактивность, которая была обнаружена в костях и других тканях многих людей, умерших в Японии от лучевой болезни.

Источники:

https://studopedia.ru/29_14310_neytronnoe-izluchenie. html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Нейтронное_излучение#Нейтронная_бомба

https://wikichi.ru/wiki/Neutron_radiation#Sources


Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]