न्यूट्रॉन सक्रियण

न्यूट्रॉन सक्रियण वह प्रक्रिया है जिसमें न्यूट्रॉन विकिरण पदार्थ में रेडियोधर्मिता को प्रेरित करता है, और तब होता है जब परमाणु नाभिक मुक्त न्यूट्रॉन को प्रग्रहण करते हैं, जिससे भारयुक्त हो जाते हैं और उत्तेजित अवस्था में प्रवेश करते हैं। उत्तेजित नाभिक तुरंत गामा किरणों, या बीटा कणों, अल्फा कणों, विखंडन उत्पादों और न्यूट्रॉन (परमाणु विखंडन में) जैसे कणों का उत्सर्जन करके क्षय करता है। इस प्रकार, किसी भी मध्यवर्ती क्षय के बाद भी, न्यूट्रॉन प्रग्रहण की प्रक्रिया प्रायः एक अस्थिर सक्रियण उत्पाद के निर्माण में परिणाम देती है। इस तरह के रेडियोधर्मी नाभिक अर्ध-जीवन परासन को एक सेकंड के छोटे अंशों से लेकर कई वर्षों तक प्रदर्शित कर सकते हैं।

न्यूट्रॉन सक्रियण एकमात्र सामान्य तरीका है जिससे एक स्थिर पदार्थ को आंतरिक रूप से रेडियोधर्मी बनने के लिए प्रेरित किया जा सकता है। न्यूट्रॉन युक्त रेडियोधर्मी समस्थानिक के उत्पादन के परिणामस्वरूप, वायु, जल और मृदा सहित सभी प्राकृतिक पदार्थ को परिवर्ती श्रेणी में रेडियोधर्मिता की कुछ मात्रा में न्यूट्रॉन प्रग्रहण 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 दोहरा या तिगुना प्रग्रहण की संभावना एकल प्रग्रहण से कम होती है। जल, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बना है। ट्रिटियम (हाइड्रोजन-3) के रूप में अस्थिरता प्राप्त करने के लिए हाइड्रोजन को द्विक प्रग्रहण की आवश्यकता होती है, जबकि प्राकृतिक ऑक्सीजन(ऑक्सीजन-16) को अस्थिर ऑक्सीजन-19 बनने के लिए तीन कैप्चर की आवश्यकता होती है। इस प्रकार सोडियम क्लोराइड (NaCl) की तुलना में जल को सक्रिय करना अपेक्षाकृत कठिन होता है, जिसमें सोडियम और क्लोरीन दोनों परमाणु एक-एक प्रग्रहण के साथ अस्थिर हो जाते हैं। 1946 में कार्य प्रणाली क्रॉसरोड परमाणु परीक्षण श्रृंखला में इन तथ्यों का पहली बार अनुभव किया गया था।

उदाहरण

Main article: न्यूट्रॉन प्रग्रहण

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

⁵⁹
₂₇Co
+ ¹
₀n
→ ⁶⁰
₂₇Co

अन्य स्थितियों में, और न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा के आधार पर न्यूट्रॉन पर प्रग्रहण करने से परमाणु विखंडन परमाणु नाभिक के दो छोटे नाभिकों में विभाजन का कारण बन सकता है। यदि विखंडन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा से आती है। प्रकाश तत्व में इस तरह के विखंडन का एक उदाहरण तब हो सकता है जब लिथियम, लिथियम-7 के स्थिर समस्थानिक पर तीव्र 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 प्रग्रहण 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 ताप-नाभिकीय बम परीक्षण में अपेक्षित उत्पादन से 2.5 गुना विस्फोट हुआ, इस प्रतिक्रिया की अप्रत्याशित रूप से उच्च संभावना के कारण हुआ।

सामान्य संचालन के समय दाबानुकूलित जल रिएक्टरों या क्वथन जल रिएक्टर (n,p) प्रतिक्रिया के माध्यम से शीतलक जल ऑक्सीजन के तेजी से 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 MeV 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 नाभिकीय रिएक्टर संयंत्र के चारों ओर अतिरिक्त जैविक परिरक्षण की आवश्यकता होती है। यह दूसरी प्रतिक्रिया में उच्च ऊर्जा गामा किरण है जो प्रमुख समस्या का कारण बनती है। यही कारण है कि जल जो हाल ही में एक नाभिकीय रिएक्टर कोर के अंदर रहा है, जिसको तब तक परिरक्षित किया जाना चाहिए जब तक कि यह विकिरण कम न हो जाए। सामान्य रूप से 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 (⁵⁴Mn, ⁵⁵Fe, ⁶⁰Co, ⁶⁵Zn, ¹³³Ba, and ¹⁵²Eu) न्यूट्रॉन से प्रभावित ठोस नाभिक के अंदर पाए जा सकते हैं। अवशिष्ट रेडियोधर्मिता मुख्य रूप से सम्मिलित सूक्ष्ममात्रिक तत्व के कारण होती है, और इस प्रकार साइक्लोट्रॉन सक्रियण से प्राप्त रेडियोधर्मिता की मात्रा बहुत सूक्ष्म अर्थात pCi/g या Bq/g होती है। अवशिष्ट रेडियोधर्मिता वाली सुविधाओं के लिए विमोचन सीमा 25 मिलीरेम/वर्ष है। आयरन रीबार सक्रियण से ⁵⁵Fe उत्पादन का एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है:

⁵⁴
₂₆Fe
+ ¹
₀n
→ ⁵⁵
₂₆Fe

घटना

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

परमाणु हथियार में न्यूट्रॉन केवल 1 से 50 माइक्रोसेकंड के लिए लेकिन बड़ी संख्या में उत्पन्न होते हैं। अधिकांश धातु बम आवरण द्वारा अवशोषित होते हैं, जो केवल इसके अंदर विस्फोट से प्रभावित होना प्रारंभ हो रहा है। शीघ्र ही होने वाली वाष्पीकृत धातु का न्यूट्रॉन सक्रियण, वातावरण में उच्च परमाणु विस्फोटों में परमाणु अवपात के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए अधीन है। अन्य प्रकार के सक्रियण में, न्यूट्रॉन मृदा को विकिरणित कर सकते हैं जो कि नाभिकीय बम विस्फोट के बाद बने बादल में पृथ्वी की सतह पर या उसके पास परिक्षिप्‍त हुआ है, जिसके परिणामस्वरूप मृदा के रासायनिक तत्वों की सक्रियता से कमी आती है।

समय के साथ पदार्थ पर प्रभाव

उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह वाले किसी भी स्थान में, जैसे कि परमाणु रिएक्टरों के कोर के अंदर, न्यूट्रॉन सक्रियण पदार्थ के क्षरण में योगदान देता है; समय-समय पर आवरण पदार्थ को निम्न स्तर के रेडियोधर्मी अपशिष्ट के रूप में प्रवृत्त किया जाना चाहिए। कुछ पदार्थ दूसरों की तुलना में न्यूट्रॉन सक्रियण के अधीन हैं, इसलिए उपयुक्त रूप से चयन की गई कम-सक्रियण पदार्थ इस समस्या को अपेक्षाकृत अधिक कम कर सकती है (अंतर्राष्ट्रीय संलयन पदार्थ विकिरण सुविधा देखें)। उदाहरण के लिए, क्रोमियम-51 क्रोम इस्पात (जिसमें Cr-50 होता है) में न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा निर्मित होगा जो एक विशिष्ट रिएक्टर न्यूट्रॉन प्रवाह के संपर्क में है।

तापीय न्यूट्रॉन के साथ वायुमंडलीय नाइट्रोजन -14 के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा उत्पन्न कार्बन -14, सबसे अधिक बार लेकिन पूरी तरह से नहीं, (अंतरिक्ष किरण-वायु अंतःक्रिया से इसके प्रमुख प्राकृतिक उत्पादन पथ और वायुमंडलीय 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 जल में नाइट्रोजन गैस की अशुद्धता होती है और जल में निहित ऑक्सीजन के न्यूट्रॉन सक्रियण द्वारा होती है। तीव्र प्रजनक रिएक्टर (एफबीआर) सबसे सामान्य रिएक्टर प्रकार, दाबानुकूलित जल रिऐक्टर की तुलना में कम C-14 परिमाण के एक क्रम का उत्पादन करते हैं, क्योंकि तीव्र प्रजनक रिएक्टर प्राथमिक शीतलक के रूप में जल का उपयोग नहीं करते हैं।

उपयोग

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 तात्कालिक अनुमान दे सकता है।

न्युट्रॉन संसूचन

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

जड़त्वीय बंधन संलयन दृष्टिकोण में, प्रयोग की संलयन उत्पादन (न्यूट्रॉन उत्पादन के सीधे आनुपातिक) सामान्य रूप से एल्यूमीनियम या तांबे न्यूट्रॉन सक्रियण प्रयोजन के गामा-किरण उत्सर्जन को मापने के द्वारा निर्धारित की जाती है। एल्युमीनियम एक न्यूट्रॉन को प्रग्रहण कर सकता है और रेडियोधर्मी सोडियम-24 उत्पन्न कर सकता है, जिसका आधा जीवन 15 घंटे और 5.514 MeV की बीटा क्षय ऊर्जा है।

शुद्ध विखंडन ताप-नाभिकीय उपकरण के उत्पादन को निर्धारित करने के लिए सल्फर, तांबा, टैंटलम और सोना जैसे कई परीक्षण लक्ष्य तत्वों की सक्रियता का उपयोग किया गया है।

पदार्थ विश्लेषण

Main article: न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण

न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण सूक्ष्ममात्रिक तत्व विश्लेषण के सबसे संवेदनशील और परिशुद्ध तरीकों में से एक है। इसके लिए कोई प्रतिदर्श निर्मित करने या घुलनशीलता की आवश्यकता नहीं होती है और इसलिए इसे उन वस्तुओं पर प्रयुक्त किया जा सकता है जिन्हें प्रवीणता के उपयोगी भाग जैसे अक्षुण्ण रखने की आवश्यकता होती है। यद्यपि सक्रियण वस्तु में रेडियोधर्मिता को प्रेरित करता है, इसका स्तर सामान्य रूप से कम होता है और इसका जीवनकाल कम हो सकता है, जिससे इसका प्रभाव शीघ्र ही नष्ट हो जाता है। इस अर्थ में, न्यूट्रॉन सक्रियण एक अविनाशी विश्लेषण पद्धति है।

न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण अवस्थिति 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 प्रग्रहण करके सक्रिय किया जा सकता है। जो 4.642 MeV की क्षय ऊर्जा के साथ 2.3 मिनट के आधे जीवन के साथ क्षय होता है। इस सक्रिय समस्थानिक का उपयोग अन्वेषण के अंतर्गत भूमिगत क्षेत्र की मृत्तिका अंश (मृदा सामान्य रूप से एक एलुमिनो-सिलिकेट है) को निर्धारित करने के लिए तेल प्रवेधन 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, ट्रिनिटाइट में पाए जाने वाले अपेक्षाकृत अधिक अद्वितीय समस्थानिकों में से एक, और इसलिए इसकी अनुपस्थिति से खनिज के नकली प्रतिदर्श की संभावना का संकेत मिलता है, बेरियम न्यूट्रॉन सक्रियण उत्पाद है, ट्रिनिटी (त्रयी) उपकरण में बेरियम (परमाणु परीक्षण) बाराटोल नामक उपकरण में नियोजित मंद विस्फोटक लेंस से आता है।

अर्धचालक उत्पादन

न्यूट्रॉन विकिरण का उपयोग प्लवी जोन सिलिकॉन भाग (वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स)) के लिए किया जा सकता है ताकि सिलिकॉन ̈(Si) परमाणुओं के फॉस्फोरस (P) में आंशिक रूपांतरण को प्रगर्तक किया जा सके और इसलिए इसे n- प्रकार के सिलिकॉन में अपमिश्रण 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 का उत्पादन तब होता है जब सल्फर एक न्यूट्रॉन को प्रग्रहण कर लेता है।
• लवणित 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.