Нейтронные источники — это устройства или установки, предназначенные для генерации потоков нейтронов различной энергии и интенсивности, необходимых для фундаментальных и прикладных исследований, а также для технологических применений в ядерной физике, материаловедении, медицине, ядерной энергетике и других областях. Источники нейтронов классифицируются в зависимости от механизма генерации нейтронов, энергетического диапазона и интенсивности потока.
Все источники нейтронов можно разделить на следующие основные категории:
Радиоактивные источники используют спонтанное деление или (α, n)-реакции. Классическим примером является сочетание изотопов, испускающих альфа-частицы, с лёгкими элементами-мишенями, в которых возможны ядерные реакции с испусканием нейтронов.
Примеры:
Характеристики:
Данные источники основаны на протекании ядерных реакций типа (d, t), (d, d), (p, Li) и других при ускорении лёгких ионов до энергии порядка нескольких сотен кэВ.
Примеры:
Преимущества:
Недостатки:
Ядерные исследовательские реакторы — это наиболее мощные и широко используемые источники нейтронов. Нейтроны генерируются в результате деления ядер ^235U, ^239Pu и других делящихся материалов. Потоки нейтронов могут достигать значений 10¹⁴–10¹⁵ нейтронов/см²·с.
Типы реакторов:
Особенности:
Области применения:
Импульсные источники обеспечивают короткие, высокоинтенсивные всплески нейтронов с широкой энергетической характеристикой. Их особенностью является способность генерировать интенсивные потоки за очень короткое время (наносекунды—микросекунды).
Основаны на взаимодействии высокоэнергетических протонов (энергия порядка сотен МэВ–ГэВ), ускоренных на линейных или циклических ускорителях, с тяжёлыми ядрами (W, Pb, Hg). При этом происходит выбивание нескольких десятков нейтронов с ядра-мишени.
Крупные установки:
Преимущества:
Недостатки:
На стадии экспериментов (ITER, JET и др.). Термоядерный синтез D + T — перспективный путь получения нейтронов энергии 14,1 МэВ в больших объёмах.
Перспективы:
Нейтроны также присутствуют в природных условиях. Они образуются при взаимодействии космических лучей с атмосферой и веществом земной коры, в результате чего происходит каскад вторичных частиц, включая нейтроны.
Природные источники:
Применения:
Энергетический диапазон нейтронов, генерируемых различными источниками, играет ключевую роль в выборе конкретного устройства:
| Тип нейтронов | Энергия | Источники |
|---|---|---|
| Ультрахолодные | < 0,002 эВ | Специализированные замедлители |
| Холодные | 0,002 – 0,5 эВ | Реакторы с замедлителями (H₂, D₂) |
| Тепловые | ~0,025 эВ | Большинство исследовательских реакторов |
| Эпитепловые | 0,5 эВ – 10 кэВ | Реакторы, спалляционные установки |
| Быстрые | 10 кэВ – 20 МэВ | Генераторы, спонтанное деление, D–T |
| Релятивистские | >20 МэВ | Спалляционные и термоядерные установки |
Выбор источника определяется целями исследования, требованиями к интенсивности, спектру, размерам установки и безопасности. В лабораторной практике часто используют компактные генераторы или радиоактивные источники. Для фундаментальных исследований и материаловедческих задач применяются исследовательские реакторы и спалляционные источники.
Особое внимание уделяется вопросам радиационной безопасности, экранирования и мониторинга, так как нейтроны имеют высокую проникающую способность и сложно детектируются.