न्यूट्रॉन सक्रियण

न्यूट्रॉन सक्रियण वह प्रक्रिया है जिसमें न्यूट्रॉन विकिरण सामग्री में रेडियोधर्मिता रेडियोधर्मिता को प्रेरित करता है, और तब होता है जब परमाणु नाभिक मुक्त न्यूट्रॉन क्षय पर कब्जा कर लेता है, भारी हो जाता है और उत्तेजित अवस्था में प्रवेश करता है। उत्तेजित नाभिक गामा किरणों, या बीटा क्षय, अल्फा कणों, विखंडन उत्पादों और न्यूट्रॉन (परमाणु विखंडन में) जैसे कणों का उत्सर्जन करके तुरंत क्षय करता है। इस प्रकार, किसी भी मध्यवर्ती क्षय के बाद भी, न्यूट्रॉन कैप्चर की प्रक्रिया अक्सर एक अस्थिर सक्रियण उत्पाद के निर्माण में परिणत होती है। इस तरह के रेडियोधर्मी नाभिक आधा जीवन प्रदर्शित कर सकते हैं। एक सेकंड के छोटे अंशों से लेकर कई वर्षों तक आधा जीवन।

न्यूट्रॉन सक्रियण एकमात्र सामान्य तरीका है जिससे एक स्थिर सामग्री को आंतरिक रूप से रेडियोधर्मी बनने के लिए प्रेरित किया जा सकता है। न्यूट्रॉन युक्त रेडियो आइसोटोप के उत्पादन के परिणामस्वरूप, हवा, पानी और मिट्टी सहित सभी प्राकृतिक सामग्री को अलग-अलग डिग्री में रेडियोधर्मिता की कुछ मात्रा में न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा प्रेरित (सक्रिय) किया जा सकता है। कुछ परमाणुओं को अस्थिर होने के लिए एक से अधिक न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है, जिससे उन्हें सक्रिय करना कठिन हो जाता है क्योंकि एक नाभिक द्वारा एक डबल या ट्रिपल कैप्चर की संभावना एकल कैप्चर से कम होती है। पानी, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बना है। ट्रिटियम (हाइड्रोजन के समस्थानिक|हाइड्रोजन-3) के रूप में अस्थिरता प्राप्त करने के लिए हाइड्रोजन को डबल कैप्चर की आवश्यकता होती है, जबकि प्राकृतिक ऑक्सीजन (ऑक्सीजन -16) को ऑक्सीजन के अस्थिर आइसोटोप बनने के लिए तीन कैप्चर की आवश्यकता होती है|ऑक्सीजन-19। इस प्रकार सोडियम क्लोराइड (सोडियमक्लोरीन) की तुलना में पानी को सक्रिय करना अपेक्षाकृत कठिन होता है, जिसमें सोडियम और क्लोरीन दोनों परमाणु एक-एक कैप्चर के साथ अस्थिर हो जाते हैं। 1946 में ऑपरेशन चौराहे परमाणु परीक्षण श्रृंखला में इन तथ्यों का पहली बार अनुभव किया गया था।

उदाहरण

Main article: Neutron capture

परमाणु रिएक्टर के भीतर [[कोबाल्ट-59]] -60 के उत्पादन में इस तरह की परमाणु प्रतिक्रिया का एक उदाहरण होता है: कोबाल्ट-60 तब निकल-60 में एक बीटा कण और गामा किरणों के उत्सर्जन से क्षय होता है। इस प्रतिक्रिया का आधा जीवन लगभग 5.27 वर्ष है, और कोबाल्ट -59 (इसकी प्राकृतिक बहुतायत का 100%) की उपलब्धता के कारण, कोबाल्ट का यह न्यूट्रॉन बमबारी आइसोटोप रेडियोथेरेपी के लिए परमाणु विकिरण (अर्थात् गामा विकिरण) का एक मूल्यवान स्रोत है। .

⁵⁹
₂₇Co
+ ¹
₀n
→ ⁶⁰
₂₇Co

अन्य मामलों में, और न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा के आधार पर, न्यूट्रॉन पर कब्जा करने से परमाणु विखंडन हो सकता है - परमाणु नाभिक का दो छोटे नाभिकों में विभाजन। यदि विखंडन के लिए ऊर्जा के इनपुट की आवश्यकता होती है, जो न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा से आती है। एक प्रकाश तत्व में इस तरह के विखंडन का एक उदाहरण तब हो सकता है जब लिथियम, लिथियम-7 के स्थिर आइसोटोप पर तेज न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है और निम्नलिखित परमाणु प्रतिक्रिया से गुजरती है:

⁷
₃Li
+ ¹
₀n
→ ⁴
₂He
+ ³
₁H
+ ¹
₀n
+ गामा किरणें + गतिज ऊर्जा

दूसरे शब्दों में, लिथियम-7 द्वारा एक न्यूट्रॉन पर कब्जा करने से यह एक ऊर्जावान हीलियम नाभिक (अल्फा कण), एक हाइड्रोजन -3 (ट्रिटियम) नाभिक और एक मुक्त न्यूट्रॉन में विभाजित हो जाता है। कैसल ब्रावो दुर्घटना, जिसमें 1954 में बिकनी एटोल में थर्मोन्यूक्लियर बम परीक्षण में अपेक्षित उपज से 2.5 गुना विस्फोट हुआ, इस प्रतिक्रिया की अप्रत्याशित रूप से उच्च संभावना के कारण हुआ।

सामान्य ऑपरेशन के दौरान दाबित पानी रिएक्टरों या उबलते पानी रिएक्टरों के आसपास के क्षेत्रों में, एनपी प्रतिक्रिया | (एन, पी) प्रतिक्रिया के माध्यम से शीतलक जल ऑक्सीजन के तेजी तेज न्यूट्रॉन सक्रियण के कारण विकिरण की एक महत्वपूर्ण मात्रा उत्पन्न होती है। सक्रिय ऑक्सीजन -16 नाभिक एक प्रोटॉन (हाइड्रोजन नाभिक) का उत्सर्जन करता है, और नाइट्रोजन -16 में परिवर्तित हो जाता है, जिसका ऑक्सीजन -16 (6.13 मेव बीटा कणों का उत्सर्जन) में वापस क्षय होने से पहले बहुत कम जीवन (7.13 सेकंड) होता है।

¹⁶
₈O
+ ¹
₀n
→ ¹
₁p
+ ¹⁶
₇N
(तेजी से क्षय)

¹⁶
₇N
→
γ
+ ⁰
_-1e^-
+ ¹⁶
₈O

शीतलक जल के इस सक्रियण के लिए परमाणु रिएक्टर संयंत्र के चारों ओर अतिरिक्त जैविक परिरक्षण की आवश्यकता होती है। यह दूसरी प्रतिक्रिया में उच्च ऊर्जा गामा किरण है जो प्रमुख चिंता का कारण बनती है। यही कारण है कि पानी जो हाल ही में एक परमाणु रिएक्टर कोर के अंदर रहा है, को तब तक परिरक्षित किया जाना चाहिए जब तक कि यह विकिरण कम न हो जाए। आम तौर पर एक से दो मिनट पर्याप्त होते हैं।

उन सुविधाओं में जहां एक साइक्लोट्रॉन स्थित है, प्रबलित कंक्रीट नींव न्यूट्रॉन सक्रियण के कारण रेडियोधर्मी बन सकती है। छह महत्वपूर्ण दीर्घजीवी रेडियोधर्मी समस्थानिक (⁵⁴मिलियन, ⁵⁵फे, ⁶⁰क्या, ⁶⁵ज़ेडएन, ¹³³बा, और ¹⁵²Eu) न्यूट्रॉन से प्रभावित ठोस नाभिकों में पाया जा सकता है। अवशिष्ट रेडियोधर्मिता मुख्य रूप से मौजूद तत्वों का पता लगाने के कारण होती है, और इस प्रकार साइक्लोट्रॉन सक्रियण से प्राप्त रेडियोधर्मिता की मात्रा कम होती है, अर्थात, pCi/g या Becquerel|Bq/g। अवशिष्ट रेडियोधर्मिता वाली सुविधाओं के लिए विमोचन सीमा 25 mrem/वर्ष है। का एक उदाहरण ⁵⁵आयरन रीबार सक्रियण से Fe का उत्पादन नीचे दिखाया गया है:

⁵⁴
₂₆Fe
+ ¹
₀n
→ ⁵⁵
₂₆Fe

घटना

न्यूट्रॉन सक्रियण एकमात्र सामान्य तरीका है जिससे एक स्थिर सामग्री को आंतरिक रूप से रेडियोधर्मी बनने के लिए प्रेरित किया जा सकता है। एक परमाणु हथियार के विस्फोट के माइक्रोसेकंड में, एक सक्रिय परमाणु रिएक्टर में, या एक स्पेलेशन न्यूट्रॉन स्रोत में न्यूट्रॉन केवल मात्रा में मुक्त होते हैं।

एक परमाणु हथियार में न्यूट्रॉन केवल 1 से 50 माइक्रोसेकंड के लिए उत्पन्न होते हैं, लेकिन बड़ी संख्या में। अधिकांश धातु बम आवरण द्वारा अवशोषित होते हैं, जो केवल इसके भीतर विस्फोट से प्रभावित होना शुरू हो रहा है। जल्द ही होने वाली वाष्पीकृत धातु का न्यूट्रॉन सक्रियण, वातावरण में उच्च परमाणु विस्फोटों में परमाणु गिरावट के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए जिम्मेदार है। अन्य प्रकार के सक्रियण में, न्यूट्रॉन मिट्टी को विकिरणित कर सकते हैं जो कि मशरूम के बादल में पृथ्वी की सतह पर या उसके पास बिखरा हुआ है, जिसके परिणामस्वरूप मिट्टी के रासायनिक तत्वों की सक्रियता से गिरावट आती है।

समय के साथ सामग्री पर प्रभाव

उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह वाले किसी भी स्थान में, जैसे कि परमाणु रिएक्टरों के कोर के भीतर, न्यूट्रॉन सक्रियण सामग्री के क्षरण में योगदान देता है; समय-समय पर अस्तर सामग्री को निम्न स्तर के रेडियोधर्मी कचरे के रूप में निपटाया जाना चाहिए। कुछ सामग्री दूसरों की तुलना में न्यूट्रॉन सक्रियण के अधीन हैं, इसलिए उपयुक्त रूप से चुनी गई कम-सक्रियण सामग्री इस समस्या को काफी कम कर सकती है (अंतर्राष्ट्रीय संलयन सामग्री विकिरण सुविधा देखें)। उदाहरण के लिए, क्रोमियम के आइसोटोप | क्रोमियम -51 क्रोम इस्पात (जिसमें Cr-50 होता है) में न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा निर्मित होगा जो एक विशिष्ट रिएक्टर न्यूट्रॉन फ्लक्स के संपर्क में है। थर्मल न्यूट्रॉन के साथ वायुमंडलीय नाइट्रोजन -14 के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा उत्पन्न कार्बन-14 -14, सबसे अधिक बार लेकिन पूरी तरह से नहीं, (कॉस्मिक रे-एयर इंटरैक्शन से इसके प्रमुख प्राकृतिक उत्पादन मार्ग और परमाणु परीक्षण से ऐतिहासिक उत्पादन के साथ) भी उत्पन्न होता है। परमाणु रिएक्टरों के कई डिजाइनों के अंदर तुलनात्मक रूप से छोटी मात्रा में उनके ईंधन आवरण, शीतलक पानी में नाइट्रोजन गैस की अशुद्धता होती है और पानी में निहित ऑक्सीजन के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा। फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (एफबीआर) सबसे आम रिएक्टर प्रकार, प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर की तुलना में कम सी-14 परिमाण के एक क्रम का उत्पादन करते हैं, क्योंकि एफबीआर प्राथमिक शीतलक के रूप में पानी का उपयोग नहीं करते हैं।

उपयोग करता है

विकिरण सुरक्षा

चिकित्सकों और विकिरण सुरक्षा अधिकारियों के लिए, मानव शरीर में सोडियम की सक्रियता सोडियम -24, और फास्फोरस से फास्फोरस -32 तक, तीव्र आकस्मिक न्यूट्रॉन जोखिम का एक अच्छा तत्काल अनुमान दे सकता है।

न्यूट्रॉन का पता लगाना

यह प्रदर्शित करने का एक तरीका है कि फ्यूसर के अंदर परमाणु संलयन हुआ है, गामा किरण रेडियोधर्मिता को मापने के लिए एक गीगर काउंटर का उपयोग करना है जो एल्यूमीनियम पन्नी की शीट से उत्पन्न होता है।

जड़त्वीय कारावास संलयन संलयन दृष्टिकोण में, प्रयोग की संलयन उपज (न्यूट्रॉन उत्पादन के सीधे आनुपातिक) आमतौर पर एल्यूमीनियम या तांबे न्यूट्रॉन सक्रियण लक्ष्यों के गामा-रे उत्सर्जन को मापने के द्वारा निर्धारित की जाती है। एल्युमीनियम एक न्यूट्रॉन को पकड़ सकता है और रेडियोधर्मी सोडियम-24 -24 उत्पन्न कर सकता है, जिसका आधा जीवन 15 घंटे है और 5.514 MeV की बीटा क्षय ऊर्जा। दोनों शुद्ध विखंडन हथियारों की उपज निर्धारित करने के लिए गंधक , तांबा, टैंटलम और सोना जैसे कई परीक्षण लक्ष्य तत्वों की सक्रियता का उपयोग किया गया है। और थर्मोन्यूक्लियर हथियार।

सामग्री विश्लेषण

Main article: Neutron activation analysis

न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण ट्रेस तत्व विश्लेषण के सबसे संवेदनशील और सटीक तरीकों में से एक है। इसके लिए कोई नमूना तैयार करने या घुलनशीलता की आवश्यकता नहीं होती है और इसलिए इसे उन वस्तुओं पर लागू किया जा सकता है जिन्हें बरकरार रखने की आवश्यकता होती है जैसे कला का एक मूल्यवान टुकड़ा। यद्यपि सक्रियण वस्तु में रेडियोधर्मिता को प्रेरित करता है, इसका स्तर आमतौर पर कम होता है और इसका जीवनकाल छोटा हो सकता है, जिससे इसका प्रभाव जल्द ही गायब हो जाता है। इस अर्थ में, न्यूट्रॉन सक्रियण एक गैर-विनाशकारी विश्लेषण पद्धति है।

न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण सीटू में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम (Al-27) को एल्युमिनियम के समस्थानिकों का उत्पादन करने के लिए अपेक्षाकृत कम-ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन को कैप्चर करके सक्रिय किया जा सकता है। इस सक्रिय आइसोटोप का उपयोग अन्वेषण के तहत भूमिगत क्षेत्र के phyllosilicate#Phyllosilicates सामग्री (मिट्टी आमतौर पर एक alumino-सिलिकेट है) को निर्धारित करने के लिए तेल ड्रिलिंग में किया जाता है। विखंडन की घटनाओं से न्यूट्रॉन प्रवाह के अधीन परमाणु कलाकृतियों और सामग्रियों को प्रमाणित करने के लिए इतिहासकार आकस्मिक न्यूट्रॉन सक्रियण का उपयोग कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, त्रिमूर्ती में पाए जाने वाले काफी अनोखे समस्थानिकों में से एक, और इसलिए इसकी अनुपस्थिति से खनिज के नकली नमूने की संभावना का संकेत मिलता है, बेरियम न्यूट्रॉन सक्रियण उत्पाद है, ट्रिनिटी में बेरियम (परमाणु परीक्षण) विस्फोट वेग विस्फोटक लेंस से आता है बरटोल नामक उपकरण में कार्यरत हैं।

सेमीकंडक्टर उत्पादन

न्यूट्रॉन विकिरण का उपयोग फ्लोट-ज़ोन सिलिकॉन स्लाइस (वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)) के लिए किया जा सकता है ताकि Si परमाणुओं के फॉस्फोरस (P) में भिन्नात्मक रूपांतरण को ट्रिगर किया जा सके और इसलिए इसे n- प्रकार के सिलिकॉन में डोपिंग किया जा सके।

${\ce {_14^{30}Si}}+neutron\xrightarrow {} {\ce {_14^{31}Si}}+\gamma -ray\xrightarrow {2.62hr} {\ce {_15^{31}P}}+\beta -ray$

यह भी देखें

• प्रेरित रेडियोधर्मिता
• न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण
• फास्फोरस - 32 -32 का उत्पादन तब होता है जब सल्फर एक न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है।
• नमकीन बम
• न्यूक्लाइड्स की तालिका

बाहरी संबंध

• Neutron Activation Analysis web
• Handbook on Nuclear Activation Cross-Sections, IAEA, 1974
• Decay Data in MIRD Format from the National Nuclear Data Center at Brookhaven National Laboratory
• Neutron capture as it relates to nucleosynthesis
• Neutron capture and the Chart of the nuclides
• The chart of the Nuclides
• Discovery of the Chromium isotopes, Chromium-55 by Cr-54 neutron capture
• ORILL : 1D transmutation, fuel depletion, and radiological protection code

अग्रिम पठन

• US Army (1952). Operation Ivy Final Report Joint Task Force 132 (PDF). Archived (PDF) from the original on March 11, 2014.