न्यूट्रॉन स्रोत

For neutron sources used in nuclear weapons, see modulated neutron initiator.

न्यूट्रॉन स्रोत कोई भी उपकरण है जो न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करता है, न्यूट्रॉन के उत्पादन के लिए प्रयुक्त तंत्र के बावजूद। न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग भौतिकी, इंजीनियरिंग, चिकित्सा, परमाणु हथियार, 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 शामिल हैं।

छोटे उपकरण

सहज विखंडन (एसएफ)

कुछ समस्थानिक न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के साथ एसएफ से गुजरते हैं। सबसे आम सहज विखंडन स्रोत आइसोटोप कलिफ़ोरनियम है। ²⁵²Cf और अन्य सभी SF न्यूट्रॉन स्रोत एक परमाणु रिएक्टर में यूरेनियम या एक ट्रांसयूरानिक तत्व को विकिरणित करके बनाए जाते हैं, जहां न्यूट्रॉन प्रारंभिक सामग्री और उसके बाद के प्रतिक्रिया उत्पादों में अवशोषित होते हैं, प्रारंभिक सामग्री को SF आइसोटोप में परिवर्तित करते हैं। ²⁵²Cf न्यूट्रॉन स्रोत आमतौर पर 1/4 से 1/2 व्यास के और 1 से 2 लंबाई के होते हैं। एक ठेठ ²⁵²Cf न्यूट्रॉन स्रोत 10 उत्सर्जित करता है⁷ से 10⁹ न्यूट्रॉन प्रति सेकंड नया होने पर; लेकिन 2.6 साल के आधे जीवन के साथ, 2.6 साल में न्यूट्रॉन का उत्पादन आधा हो जाता है। एक ठेठ ²⁵²Cf न्यूट्रॉन स्रोत की कीमत $15,000 से $20,000 है।

रेडियोआइसोटोप 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-एमिटर जैसे कि रेडियम, एक विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है , या रेडियोऐक्टिव को कम-परमाणु-भार वाले आइसोटोप के साथ मिलाकर एक न्यूट्रॉन स्रोत बना सकता है, आमतौर पर दो सामग्रियों के सम्मिश्रण पाउडर द्वारा। अल्फा न्यूट्रॉन स्रोत आमतौर पर ~ 10 उत्पन्न करते हैं⁶–10⁸ न्यूट्रॉन प्रति सेकंड। एक अल्फा-बेरिलियम न्यूट्रॉन स्रोत प्रति 10 में लगभग 30 न्यूट्रॉन उत्पन्न कर सकता है⁶ अल्फा कण। ऐसे स्रोतों के लिए उपयोगी जीवनकाल रेडियोआइसोटोप के आधे जीवन पर निर्भर करता है। इन न्यूट्रॉन स्रोतों के आकार और लागत की तुलना सहज विखंडन स्रोतों से की जा सकती है। सामग्री के सामान्य संयोजन प्लूटोनियम-फीरोज़ा (PuBe), अमरीकियम-बेरिलियम (AmBe), या अमरीकियम-लिथियम (AmLi) हैं।

रेडियोआइसोटोप 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 (फोटोन्यूट्रॉन) को बाहर निकाल सकता है। दो उदाहरण प्रतिक्रियाएँ हैं:

• ⁹ बेरिलियम + >1.7 MeV फोटॉन → 1 न्यूट्रॉन + 2 ⁴वह
• ²हाइड्रोजन (ड्यूटेरियम) + >2.26 MeV फोटॉन → 1 न्यूट्रॉन + ^{1</सुप>एच}

सील-ट्यूब न्यूट्रॉन जनरेटर

कुछ त्वरक-आधारित न्यूट्रॉन जनरेटर ड्यूटेरियम और/या ट्रिटियम आयनों और धातु हाइड्राइड लक्ष्यों के बीम के बीच संलयन को प्रेरित करते हैं जिनमें ये आइसोटोप भी होते हैं।

मध्यम आकार के उपकरण

प्लाज्मा फोकस और जेड चुटकी डिवाइस

घने प्लाज्मा फोकस न्यूट्रॉन स्रोत एक सघन प्लाज़्मा बनाकर नियंत्रित नाभिकीय संलयन उत्पन्न करता है जिसके भीतर संलयन बनाने के लिए पर्याप्त तापमान पर आयनित ड्यूटेरियम और/या ट्रिटियम गैस को गर्म करता है।

जड़त्वीय इलेक्ट्रोस्टैटिक कारावास

फ़ार्नस्वर्थ-हिर्श फ्यूसर जैसे जड़त्वीय इलेक्ट्रोस्टैटिक कारावास उपकरण एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग प्लाज्मा को संलयन की स्थिति में गर्म करने और न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए करते हैं। शौकीन उत्साही दृश्य से लेकर फीनिक्स न्यूक्लियर लैब्स तक के विभिन्न अनुप्रयोग विकसित हुए हैं, ज्यादातर अमेरिका में।

प्रकाश आयन त्वरक

हाइड्रोजन (एच), ड्यूटेरियम (डी), या ट्रिटियम (टी) आयन स्रोतों के साथ पारंपरिक कण त्वरक का उपयोग ड्यूटेरियम, ट्रिटियम, लिथियम, बेरिलियम और अन्य लो-जेड सामग्री के लक्ष्य का उपयोग करके न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। आमतौर पर ये त्वरक > 1 MeV रेंज में ऊर्जा के साथ काम करते हैं।

उच्च-ऊर्जा ब्रेकिंग विकिरण फोटोन्यूट्रॉन/photofission सिस्टम

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 गुजरता है जिसके बाद यह या तो एक न्यूट्रॉन (फोटोन्यूट्रॉन) का उत्सर्जन करता है या विखंडन (फोटोफिशन) से गुजरता है। प्रत्येक विखंडन घटना द्वारा जारी न्यूट्रॉन की संख्या पदार्थ पर निर्भर होती है। आमतौर पर फोटॉन लगभग 7 से 40 MeV की ऊर्जा पर सामान्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करके न्यूट्रॉन का उत्पादन शुरू करते हैं, जिसका अर्थ है कि मेगावोल्टेज एक्स-रे का उपयोग करने वाली रेडियोथेरेपी सुविधाएं भी न्यूट्रॉन का उत्पादन करती हैं, और कुछ को न्यूट्रॉन परिरक्षण की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, लगभग 50 मेव से अधिक ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन एक तंत्र द्वारा न्यूक्लाइड्स में विशाल द्विध्रुव अनुनाद को प्रेरित कर सकते हैं जो आंतरिक रूपांतरण के व्युत्क्रम है, और इस प्रकार फोटोन्यूट्रॉन के समान तंत्र द्वारा न्यूट्रॉन का उत्पादन करते हैं।

बड़े उपकरण

नाभिकीय विखंडन रिएक्टर

एक रिएक्टर के भीतर परमाणु विखंडन, कई न्यूट्रॉन पैदा करता है और बिजली उत्पादन और प्रयोगों सहित विभिन्न उद्देश्यों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। अनुसंधान रिएक्टरों को अक्सर विशेष रूप से डिज़ाइन किया जाता है ताकि सामग्री के नमूनों 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 पैदा करने की क्षमता होती है। दुनिया भर के कई विश्वविद्यालयों और प्रयोगशालाओं में छोटे पैमाने पर संलयन प्रणाली (प्लाज्मा) अनुसंधान उद्देश्यों के लिए मौजूद है। यूएस में राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा, यूके में संयुक्त यूरोपीय टोरस और जल्द ही फ्रांस में निर्माणाधीन आईटीईआर प्रयोग सहित बड़ी संख्या में बड़े पैमाने पर फ्यूजन प्रयोग भी मौजूद हैं। अभी तक कोई भी न्यूट्रॉन स्रोत के रूप में उपयोग नहीं किया गया है।

जड़त्वीय बंधन संलयन में स्पेलेशन की तुलना में परिमाण के अधिक न्यूट्रॉन के आदेश उत्पन्न करने की क्षमता है। 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-रे की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से नाभिक के सामूहिक उत्तेजना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

उच्च-ऊर्जा कण त्वरक

स्पेलेशन # स्पेलेशन न्यूट्रॉन स्रोत स्रोत पर न्यूट्रॉन का उत्पादन एक उच्च-प्रवाह स्रोत है जिसमें उच्च ऊर्जा के लिए त्वरित किए गए प्रोटॉन न्यूट्रॉन के उत्सर्जन को प्रेरित करते हुए एक लक्ष्य को हिट करते हैं। दुनिया के सबसे मजबूत न्यूट्रॉन स्रोत स्पैलेशन आधारित होते हैं क्योंकि उच्च प्रवाह विखंडन रिएक्टरों में उत्पादित न्यूट्रॉन की ऊपरी सीमा होती है। 2022 तक, दुनिया में सबसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत ओक रिज, टेनेसी में स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत है, लुंड, स्वीडन में यूरोपीय स्पेलेशन स्रोत के साथ दुनिया का सबसे मजबूत मध्यवर्ती अवधि स्पंदित न्यूट्रॉन स्रोत बनने के लिए निर्माणाधीन है। सबक्रिटिकल रिएक्टर को स्पेलेशन न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग करने का प्रस्ताव है और इसका उपयोग परमाणु रूपांतरण (जैसे मेडिकल रेडियोन्यूक्लाइड्स का उत्पादन या कीमती धातुओं के संश्लेषण) और बिजली उत्पादन के लिए दोनों के लिए किया जा सकता है क्योंकि एक स्पैलेशन न्यूट्रॉन (वर्तमान प्रौद्योगिकी स्तरों पर ~ 30 MeV) का उत्पादन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा ) विखंडन द्वारा जारी ऊर्जा की तुलना में कम परिमाण का एक क्रम है (अधिकांश फिशाइल एक्टिनाइड्स के लिए ~ 200 MeV)।

न्यूट्रॉन प्रवाह

अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह बेहतर होता है (चूंकि यह प्रयोग करने, छवि प्राप्त करने आदि के लिए आवश्यक समय कम कर देता है)। शौकिया संलयन उपकरण, एक फ्यूसर की तरह, प्रति सेकंड लगभग 300 000 न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं। कमर्शियल फ्यूसर डिवाइस 10 के ऑर्डर पर जनरेट कर सकते हैं⁹ न्यूट्रॉन प्रति सेकंड, इसलिए 10 से कम का प्रयोग करने योग्य प्रवाह^{5</सुप> एन/(सेमी² एस)। दुनिया भर में बड़े न्यूट्रॉन बीम बहुत अधिक प्रवाह प्राप्त करते हैं। रिएक्टर-आधारित स्रोत अब 10 का उत्पादन करते हैं15 n/(cm² s), और स्पेलेशन स्रोत > 10 उत्पन्न करते हैं17 एन/(सेमी² एस)।}

यह भी देखें

• न्यूट्रॉन उत्सर्जन
• न्यूट्रॉन जनरेटर, वाणिज्यिक उपकरण
• न्यूट्रॉन तापमान ('तेज' या 'धीमा')
• स्टार्टअप न्यूट्रॉन स्रोत
• ज़ेटाट्रॉन
• एक सबक्रिटिकल रिएक्टर एक बाहरी न्यूट्रॉन स्रोत पर निर्भर करता है

बाहरी संबंध

• Neutronsources.org
• List of Neutron Sources Worldwide
• Science and Innovation with Neutrons in Europe in 2020 (SINE2020)