न्यूट्रॉन स्रोत: Difference between revisions
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===उच्च-ऊर्जा [[ब्रेकिंग विकिरण|आरोधन विकिरण]] प्रकाशन्यूट्रॉन/[[ photofission | प्रकाश विखंडन]] प्रणाली=== | ===उच्च-ऊर्जा [[ब्रेकिंग विकिरण|आरोधन विकिरण]] प्रकाशन्यूट्रॉन/[[ photofission | प्रकाश विखंडन]] प्रणाली=== | ||
Revision as of 22:44, 20 April 2023
| Science with neutrons |
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| Foundations |
| Neutron scattering |
| Other applications |
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| Infrastructure |
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| Neutron facilities |
न्यूट्रॉन स्रोत कोई भी उपकरण है जो न्यूट्रॉन के उत्पादन के लिए प्रयुक्त तंत्र के अतिरिक्त, न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करते है। न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग भौतिकी, इंजीनियरिंग, चिकित्सा, नाभिकीय आयुध, पेट्रोलियम अन्वेषण, जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान और परमाणु ऊर्जा में किया जाता है।
न्यूट्रॉन स्रोत चर में स्रोत द्वारा उत्सर्जित न्यूट्रॉन की ऊर्जा, स्रोत द्वारा उत्सर्जित न्यूट्रॉन की दर, स्रोत का आकार, स्रोत के स्वामित्व और रखरखाव की लागत और स्रोत से संबंधित सरकारी नियम सम्मिलित हैं।
छोटे उपकरण
सहज विखंडन (एसएफ)
कुछ समस्थानिक न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के साथ एसएफ से गुजरते हैं। सबसे सामान्य सहज विखंडन स्रोत समस्थानिक कलिफ़ोरनियम -252 है। 252Cf और अन्य सभी एसएफ न्यूट्रॉन स्रोत एक परमाणु रिएक्टर में यूरेनियम या एक परायूरेनिमय तत्व को विकिरणित करके बनाए जाते हैं, जहां न्यूट्रॉन प्रारंभिक पदार्थ और उसके बाद के प्रतिक्रिया उत्पादों में अवशोषित होते हैं, प्रारंभिक पदार्थ को एसएफ समस्थानिक में परिवर्तित करते हैं। 252Cf न्यूट्रॉन स्रोत सामान्यतः 1/4 से 1/2 व्यास के और 1 से 2 लंबाई के होते हैं। विशिष्ट 252Cf न्यूट्रॉन स्रोत नवीन होने पर 107 से 109 न्यूट्रॉन प्रति सेकंड उत्सर्जित करता है; परन्तु 2.6 वर्ष के आधे जीवन के साथ, 2.6 वर्ष में न्यूट्रॉन का उत्पादन आधा हो जाता है। विशिष्ट 252Cf न्यूट्रॉन स्रोत की लागत $15,000 से $20,000 है।
रेडियोसमस्थानिक जो अल्फा क्षय; एक प्रकाश तत्व के साथ मिश्रित
न्यूट्रॉन तब उत्पन्न होते हैं जब अल्फा कण बेरिलियम, कार्बन या ऑक्सीजन के समस्थानिकों सहित कई प्रकाश समस्थानिकों में से किसी से टकराते हैं। इस प्रकार, एक अल्फा-उत्सर्जक जैसे कि रेडियम, विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है, या रेडियोऐक्टिव को कम-परमाणु-भार वाले समस्थानिक के साथ सामान्यतः दो पदार्थों के सम्मिश्रण पाउडर द्वारा न्यूट्रॉन स्रोत बनाया जा सकता है। अल्फा न्यूट्रॉन स्रोत सामान्यतः ~ 106–108 न्यूट्रॉन प्रति सेकंड उत्पन्न करते हैं। अल्फा-बेरिलियम न्यूट्रॉन स्रोत प्रति 106 अल्फा कणों में लगभग 30 न्यूट्रॉन का उत्पादन कर सकते है। ऐसे स्रोतों के लिए उपयोगी जीवनकाल रेडियोसमस्थानिक के आधे जीवन पर निर्भर करते है। इन न्यूट्रॉन स्रोतों के आकार और लागत की तुलना सहज विखंडन स्रोतों से की जा सकती है। पदार्थ के सामान्य संयोजन प्लूटोनियम- फीरोज़ा (PuBe), अमरीकियम-बेरिलियम (AmBe), या अमरीकियम-लिथियम (AmLi) हैं।
रेडियोसमस्थानिक जो बेरिलियम या ड्यूटेरियम के साथ सह-स्थित उच्च-ऊर्जा फोटॉनों के साथ क्षय होते हैं
एक नाभिक की न्यूट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा से अधिक ऊर्जा वाला गामा विकिरण एक न्यूट्रॉन (प्रकाशन्यूट्रॉन) को बाहर निकाल सकते है। दो उदाहरण प्रतिक्रियाएँ हैं:
- 9Be + >1.7 एमईवी फोटॉन → 1 न्यूट्रॉन + 2 4H
- 2H (ड्यूटेरियम) + >2.26 एमईवी फोटॉन → 1 न्यूट्रॉन + 1H
सीलबंद नली न्यूट्रॉन उत्पादक
कुछ त्वरक-आधारित न्यूट्रॉन उत्पादक ड्यूटेरियम और/या ट्राइटियम आयनों और धातु हाइड्राइड लक्ष्यों के किरण पुंज के बीच संलयन को प्रेरित करते हैं जिनमें ये समस्थानिक भी होते हैं।
मध्यम आकार के उपकरण
प्लाज्मा केंद्र और जेड संकुचन उपकरण
सघन प्लाज्मा केंद्र न्यूट्रॉन स्रोत सघन प्लाज़्मा बनाकर नियंत्रित नाभिकीय संलयन उत्पन्न करते है जिसके भीतर संलयन बनाने के लिए पर्याप्त तापमान पर आयनित ड्यूटेरियम और/या ट्राइटियम गैस को उष्ण करते है।
जड़त्वीय स्थिरवैद्युत परिरोधन
फ़ार्नस्वर्थ-हिर्श संलयन जैसे जड़त्वीय स्थिरवैद्युत परिरोधन उपकरण विद्युत क्षेत्र का उपयोग प्लाज्मा को संलयन की स्थिति में उष्ण करने और न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए करते हैं। अभिरुचि समर्थक दृश्य से लेकर फीनिक्स नाभिकीय प्रयोगशाला तक के विभिन्न अनुप्रयोग, अधिकतर अमेरिका में विकसित हुए हैं।
प्रकाश आयन त्वरक
हाइड्रोजन (H), ड्यूटेरियम (D), या ट्राइटियम (T) आयन स्रोतों के साथ पारंपरिक कण त्वरक का उपयोग ड्यूटेरियम, ट्राइटियम, लिथियम, बेरिलियम और अन्य निम्न-Z पदार्थ के लक्ष्य का उपयोग करके न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है।[citation needed] सामान्यतः ये त्वरक > 1 एमईवी श्रेणी में ऊर्जा के साथ काम करते हैं।
उच्च-ऊर्जा आरोधन विकिरण प्रकाशन्यूट्रॉन/ प्रकाश विखंडन प्रणाली
न्यूट्रॉन तब उत्पन्न होते हैं जब किसी पदार्थ की परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा से ऊपर के फोटॉन उस पदार्थ पर आपतित होते हैं, जिसके कारण यह विशाल द्विध्रुवीय प्रतिध्वनि से गुजरते है जिसके बाद यह या तो न्यूट्रॉन (प्रकाशन्यूट्रॉन) का उत्सर्जन करते है या विखंडन (प्रकाशफिशन) से गुजरते है। प्रत्येक विखंडन घटना द्वारा जारी न्यूट्रॉन की संख्या पदार्थ पर निर्भर होती है। सामान्यतः फोटॉन लगभग 7 से 40 एमईवी की ऊर्जा पर सामान्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करके न्यूट्रॉन का उत्पादन प्रारम्भ करते हैं, जिसका अर्थ है कि मेगावोल्टता एक्स-किरण का उपयोग करने वाली विकिरण चिकित्सा सुविधाएं भी न्यूट्रॉन का उत्पादन करती हैं, और कुछ को न्यूट्रॉन परिरक्षण की आवश्यकता होती है।[citation needed] इसके अतिरिक्त, लगभग 50 एमईवी से अधिक ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन एक तंत्र द्वारा न्यूक्लाइड में विशाल द्विध्रुव अनुनाद को प्रेरित कर सकते हैं जो आंतरिक रूपांतरण के व्युत्क्रम है, और इस प्रकार प्रकाशन्यूट्रॉन के समान तंत्र द्वारा न्यूट्रॉन का उत्पादन करते हैं।[1]
बड़े उपकरण
नाभिकीय विखंडन रिएक्टर
एक रिएक्टर के भीतर परमाणु विखंडन, कई न्यूट्रॉन उत्पन्न करते है और विद्युत उत्पादन और प्रयोगों सहित विभिन्न उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जा सकता है। अनुसंधान रिएक्टरों को प्रायः विशेष रूप से डिज़ाइन किया जाता है ताकि पदार्थ के प्रतिदर्शों को उच्च-न्यूट्रॉन-प्रवाह वातावरण में रखा जा सके।
परमाणु संलयन प्रणाली
परमाणु संलयन, हाइड्रोजन के भारी समस्थानिकों के संलयन में भी बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन उत्पन्न करने की क्षमता होती है। संसार भर के कई विश्वविद्यालयों और प्रयोगशालाओं में छोटे पैमाने पर संलयन प्रणाली (प्लाज्मा) अनुसंधान उद्देश्यों के लिए स्थित है। यूएस में राष्ट्रीय प्रज्वलन सुविधा, यूके में संयुक्त यूरोपीय टोरस और शीघ्र ही फ्रांस में निर्माणाधीन आईटीईआर प्रयोग सहित बड़ी संख्या में बड़े पैमाने पर संलयन प्रयोग भी स्थित हैं। अभी तक कोई भी न्यूट्रॉन स्रोत के रूप में उपयोग नहीं किया गया है।
जड़त्वीय बंधन संलयन में समुत्खंडन की तुलना में परिमाण के अधिक न्यूट्रॉन के अनुक्रम उत्पन्न करने की क्षमता है।[2] यह न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी के लिए उपयोगी हो सकता है जिसका उपयोग संरचनाओं में हाइड्रोजन परमाणुओं का पता लगाने, परमाणु तापीय गति को हल करने और एक्स-किरण की तुलना में अधिक प्रभावी रूप से नाभिक के सामूहिक उत्तेजना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।
उच्च-ऊर्जा कण त्वरक
समुत्खंडन स्रोत एक उच्च-प्रवाह स्रोत है जिसमें उच्च ऊर्जा के लिए त्वरित किए गए प्रोटॉन न्यूट्रॉन के उत्सर्जन को प्रेरित करते हुए लक्ष्य को हिट करते हैं।संसार के सबसे दृढ न्यूट्रॉन स्रोत समुत्खंडन आधारित होते हैं क्योंकि उच्च प्रवाह विखंडन रिएक्टरों में उत्पादित न्यूट्रॉन की ऊपरी सीमा होती है। 2022 तक, संसार में सबसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत ओक रिज, टेनेसी में समुत्खंडन न्यूट्रॉन स्रोत है,[3] लुंड, स्वीडन में यूरोपीय समुत्खंडन स्रोत के साथ संसार का सबसे दृढ मध्यवर्ती अवधि स्पंदित न्यूट्रॉन स्रोत बनने के लिए निर्माणाधीन है। उपक्रांतिक रिएक्टर को समुत्खंडन न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग करने का प्रस्ताव है और इसका उपयोग परमाणु रूपांतरण (जैसे मेडिकल रेडियोन्यूक्लाइड का उत्पादन या बहुमूल्य धातुओं के संश्लेषण) और विद्युत उत्पादन के लिए दोनों के लिए किया जा सकता है क्योंकि समुत्खंडन न्यूट्रॉन (वर्तमान प्रौद्योगिकी स्तरों पर ~ 30 एमईवी) का उत्पादन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा विखंडन द्वारा जारी ऊर्जा की तुलना में कम परिमाण का एक क्रम है (अधिकांश विखंडनीय एक्टिनाइड के लिए ~ 200 एमईवी)।
न्यूट्रॉन प्रवाह
अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह ठीक होता है (चूंकि यह प्रयोग करने, प्रतिरूप प्राप्त करने आदि के लिए आवश्यक समय कम कर देते है)। अनुभवहीन संलयन उपकरण, एक संलयन के जैसे, प्रति सेकंड लगभग 300 000 न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं। वाणिज्यिक संलयन उपकरण 109 एन/ (सेमी² एस) न्यूट्रॉन प्रति सेकंड के क्रम में उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए 105 एन/ (सेमी² एस) से कम का प्रयोग करने योग्य प्रवाह। संसार भर में बड़े न्यूट्रॉन किरण पुंज बहुत अधिक प्रवाह प्राप्त करते हैं। रिएक्टर-आधारित स्रोत अब 1015 एन/ (सेमी² एस) का उत्पादन करते हैं, और समुत्खंडन स्रोत > 1017 एन/ (सेमी² एस) उत्पन्न करते हैं।
यह भी देखें
- न्यूट्रॉन उत्सर्जन
- न्यूट्रॉन उत्पादक, वाणिज्यिक उपकरण
- न्यूट्रॉन तापमान ('तीव्र' या 'मंद')
- प्रवर्तन न्यूट्रॉन स्रोत
- ज़ेटाट्रॉन
- एक उपक्रांतिक रिएक्टर बाहरी न्यूट्रॉन स्रोत पर निर्भर करते है
संदर्भ
- ↑ Giant Dipole Resonance Neutron Yields Produced by Electrons as a Function of Target Material and Thickness
- ↑ 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.
- ↑ "SUF Spallation Neutron Source (S... | U.S. DOE Office of Science (SC)". science.osti.gov. 29 April 2022. Retrieved 19 October 2022.
