Fuente de neutrones de radionucleidos
Una fuente de neutrones de radionúclidos es un dispositivo que utiliza rayos o partículas de cierta energía liberadas cuando los radionúclidos se desintegran para bombardear ciertos materiales objetivo, producir reacciones nucleares y emitir neutrones. Debido a que los protones y neutrones que forman el núcleo están estrechamente unidos por la fuerza nuclear fuerte en el núcleo, los neutrones deben liberarse del núcleo. Es necesario suministrar energía mayor que la energía de enlace de los neutrones. Las energías de enlace de los neutrones en diferentes núcleos varían, oscilando entre aproximadamente 1 y 20 MeV. Entre los diversos modos de desintegración de los radionucleidos, desde un punto de vista energético, sólo las partículas α y los rayos γ liberados por la desintegración α y la desintegración γ pueden provocar la emisión de neutrones en algunos núcleos objetivo. Por lo tanto, las fuentes de neutrones de radionúclidos se dividen en fuentes de neutrones alfa y fuentes de neutrones gamma. Además, también existe una fuente de neutrones de fisión espontánea que utiliza la fisión espontánea de núcleos pesados para producir neutrones, a saber, la fuente de californio-252.
La intensidad de la radiación de una fuente de neutrones de radionucleidos está relacionada con la cantidad total de radionucleidos en la fuente. Es habitual definir el número de neutrones producidos por un nucleido por unidad de actividad por segundo como el rendimiento de neutrones de una fuente de neutrones de radionucleido. Debido a la continua desintegración de los radionucleidos, la intensidad de la radiación de las fuentes de neutrones de radionucleidos también disminuye con el tiempo. La intensidad de radiación de la fuente In en un momento determinado t se puede calcular según la siguiente fórmula:
Método de exploración radiactiva
En la fórmula: I0 es la intensidad de radiación de la fuente de neutrones en tiempo cero; λ es la radiactividad La constante de desintegración de un nucleido.
La fuente de neutrones de radionúclidos se caracteriza por su pequeño tamaño y facilidad de uso. Esta fuente se utiliza a menudo para el registro de neutrones. Su desventaja es que la intensidad de radiación de la fuente de neutrones no es alta y los componentes del espectro de neutrones son complejos.
(1) Fuente de neutrones alfa
Esta fuente consta de radiadores alfa y materiales objetivo. Como fuente de radiadores α se eligen a menudo determinados radiadores α de las series uranio, torio y actinio-uranio, así como determinados elementos pesados artificiales, como polonio, radio, americio, etc. El material objetivo es un nucleido estable, normalmente un elemento ligero, siendo el berilio el más utilizado. Porque entre todos los elementos ligeros, la reacción del berilio (α, n) tiene el mayor rendimiento de neutrones y su fórmula de reacción es
Método de exploración radiactiva
La Tabla 5-3 enumera los neutrones alfa más utilizados. fuentes.
Tabla 5-3 Fuentes de neutrones α de uso común
(2) Fuente de neutrones γ
La fuente de neutrones γ utiliza la reacción (γ, n) Un dispositivo que produce neutrones. Dado que las reacciones (γ, n) son todas reacciones endotérmicas. Por lo tanto, la reacción sólo puede ocurrir cuando la energía del rayo gamma es mayor que la energía de enlace del neutrón en el núcleo objetivo. Entre los nucleidos estables, sólo el 9Be y el D tienen las energías de enlace de neutrones más bajas, y las energías umbral para producir reacciones (γ, n) son iguales a 1,665 MeV y 2,224 MeV respectivamente. Generalmente se utilizan como materiales objetivo para fuentes de neutrones gamma. Los radiadores gamma pueden ser radionucleidos naturales o artificiales, los más utilizados son 214Bi, 208Tl, 228Th, 124Sb, etc. La fórmula de reacción nuclear anterior es
Método de exploración radiactiva
Método de exploración radiactiva
La característica principal de la fuente de neutrones γ es que la energía es monocromática, lo que puede Proporcionan neutrones monoenergéticos en ciertos puntos de energía entre 20keV y 1MeV. Por tanto, la mayoría de fuentes de este tipo se utilizan como patrones de energía para neutrones. La estructura general de una fuente de neutrones gamma consiste en instalar un radiador gamma en un recipiente, recubierto con berilio o agua pesada, y convertido en un cilindro o esfera. Las principales desventajas de las fuentes de neutrones gamma son su bajo rendimiento, su corta vida útil y su fuerte radiación gamma.
(3) Fuente de neutrones de fisión espontánea
Un dispositivo que utiliza la fisión espontánea de elementos de superplutonio para producir neutrones se denomina fuente de neutrones de fisión espontánea. La llamada "fisión espontánea" se refiere al proceso de reacción nuclear en el que el núcleo atómico se divide en dos o más fragmentos por sí mismo cuando no hay partículas externas ni condiciones de excitación externas. Los experimentos han demostrado que sólo los núcleos pesados pueden fisionarse espontáneamente, y el californio 252 (252Cf) es la fuente de neutrones más adecuada. Debido a su larga vida media y su alto rendimiento de neutrones en la fisión espontánea (2,31 × 1012 neutrones/s·Bq), otros núcleos pesados no tienen estas dos características al mismo tiempo.
El californio-252 es el último nucleido de la tabla periódica que el ser humano puede producir a gran escala hasta el momento. Hay tres métodos de producción: utilizar síntesis con acelerador; utilizar el método de explosión termonuclear subterránea para sintetizar; utilizar reactores nucleares para irradiar elementos transuránicos para producir californio-252 mediante captura continua de neutrones y desintegración beta. Esta última es actualmente la única manera de obtener una cantidad ponderable de 252 Cf. Los dos primeros enfoques aún no han salido de la etapa de investigación.
La fuente de neutrones de californio-252 es diferente de las fuentes de neutrones (α, n) y (γ, n). No requiere ningún material objetivo. El rendimiento de neutrones de la fuente solo está determinado por el. cantidad de 252Cf. No tiene nada que ver con el estado físico o la forma química del 252Cf. Esto reduce en gran medida el tamaño de la fuente de neutrones. El volumen de una fuente radiactiva que contiene 1g252Cf, incluido el espacio que contiene el helio producido por la desintegración alfa, es inferior a 1 cm3. La forma de la fuente también puede variar según el propósito.
Debido a que la fuente de neutrones de californio-252 tiene las ventajas de un tamaño pequeño, un alto rendimiento de neutrones, una estructura simple y una intensidad de radiación estable, tiene perspectivas de aplicación extremadamente amplias en trabajos de exploración geológica. Algunos países desarrollados han completado una evaluación exhaustiva de la aplicación de fuentes de neutrones de californio-252 en sitios de exploración geológica. Los experimentos de exploración in situ de cobre, plata, oro, manganeso, titanio, níquel, uranio, torio y otros minerales han demostrado que la tecnología de medición de neutrones 252Cf es un método eficaz para detectar minerales sedimentarios subterráneos y del fondo marino.