Источники фотонейтронов

Некоторые радиоизотопные гамма излучатели могут применяться для получения нейтронов, если сочетаются с подходящим материалом мишени. Если при поглощении гамма кванта ядра мишени переходят в возбужденное состояние, то возможно излучение свободного нейтрона. На этом и основаны источники фотонейтронов. Мишень может быть изготовлена из ядер ⁹Ве и ²Н, только они имеют практическую значимость при изготовлении источников фотонейтронов. Соответствующие реакции могут быть записаны следующим образом:

Для того чтобы реакции были энергетически возможными, необходимо чтобы гамма квант по крайней мере обладал энергией равной Q, поэтому могут применяться только гамма кванты с относительно высокой энергией. Если энергия гамма квантов все-таки превышает этот минимум, соответствующая энергия нейтрона вычисляется по формуле:

(1.7)

где θ = угол между направлением гамма кванта и направлением нейтрона

Еγ = энергия гамма кванта (предполагаемая << 931 МэВ)

М =масса ядра отдачи * с²

M = масса нейтрона * с²

Одним бесспорным преимуществом источников фотонейтронов, является то, что если все гамма кванты обладают одной энергией, то нейтроны также будут иметь практически одинаковую энергию. Относительно небольшой кинематический размах, полученный из формулы (1.7) при изменении угла θ от 0 до π, расширяет энергетический спектр нейтронов только на несколько процентов. Для больших источников, спектр также ухудшается благодаря рассеянию некоторых нейтронов внутри источника, до того как они его покинут.

Основной минус источников фотонейтронов, заключается в том, что для изготовления нейтронных источников с хорошей интенсивностью необходимы большие гамма активности. Для источника, зарисованного на рис. 1.15, только примерно 1 гамма квант из 10⁵ или 10⁶ взаимодействует с образованием нейтрона, поэтому интенсивность излучения нейтронов гораздо меньше интенсивности гамма фона. Некоторые из наиболее распространенных гамма излучателей: ²²⁶Ra, ¹²⁴Sb, ⁷²Ga, ¹⁴⁰La, ²⁴Na. Некоторые свойства и энергетические спектры соответствующих фотонейтронов представлены в табл. 1.8 и на рис. 1.16. Для многих из этих источников периоды полураспада гамма излучателей достаточно короткие, что требует их реактивации в ядерных реакторах в промежутках между использованиями.

Рис. 1.15. Конструкция простого сферического источника фотонейтронов

Рис. 1.16. Спектры нейтронов, вычисленные для источника фотонейтронов с размерами как на рис. 1.15. Гамма излучатели - ⁷²Ga, ²⁴Na. Внешняя оболочка - дейтерированный полиэтилен или бериллий.

^а Данные распада Ссылка 1

^b рассчитано для θ=π/2, приближенно крайняя точка первичного спектра

^с Расчеты по методу Монте Карло для источника с размерами, данными на рис.1.15. Внешние слои мишени могут быть бериллиевыми или из дейтерированного полиэтилена. В качестве материала сердцевины допускаются: NaF, Al, CCl₄, MnO₂, Ga₂O₃, As₂0₃, In, Sb, La₂O₃ и Pr₂O₃.