Источники нейтронов, образующихся в результате реакции скалывания (расщепления)

В силу ряда внутренних характеристик нейтроны крайне важны для целей зондирования материалов.

• Нейтроны – это нейтральные частицы и они могут рассеиваться на ядрах атомов или захватываться ими. Это позволяет нейтронам гораздо глубже проникать в материалы, чем пучки ионов или рентгеновские лучи. Одним из применений такого проникновения является трехмерное отображение напряжений, возникающих глубоко внутри достаточно крупных инженерно-технических объектов, таких, как блоки двигателя.
• Нейтроны также имеют спин, что делает их весьма чувствительными к местоположению и ориентации магнитных моментов в материалах и предпочтительным инструментом для многих исследований в области магнетизма.
• Масса нейтрона означает то, что он может переносить момент и кинетическую энергию на образец, что весьма полезно для изучения основных колебаний в материалах, поскольку дает информацию о силе химических связей и магнитного взаимодействия.

Нейтроны могут генерироваться в результате ядерных реакций в реакторах и ускорителях. Источник нейтронов скалывания состоит из мощного ускорителя, который направляет протоны энергией выше 0,5 ГэВ (гигаэлектронвольт) в мишень из тяжелого металла, например, ртути или вольфрама. Эти металлы "скалывают" свободные нейтроны во время ударов о мишень. Они являются самым ярким источником нейтронов в мире для целей исследований. Поскольку ускорители могут легко испускать импульсы, такие источники нейтронов обычно бывают импульсными источниками нейтронов, а не как в большинстве типов реакторов, в которых нейтроны генерируются постоянно.

Где это целесообразно, МАГАТЭ оказывает странам содействие в создании источников нейтронов (в исследовательских реакторах или ускорителях) и играет роль координатора в развитии технологий. Одним из примеров является проект по проектированию усовершенствованных холодных замедлителей. Быстрые нейтроны, образующиеся во время первоначального скалывания или реакции деления, обладают слишком высокой энергией для изучения многих материалов, поэтому необходимо снизить их энергию до того, как направить на образец. Замедлителем обычно бывает вода в жидком виде (тепловой источник) или охлажденная вода в жидком или твердом виде, насыщенная водородом (холодный источник). МАГАТЭ осуществляет проект координированных исследований по проектированию усовершенствованных холодных замедлителей для реакторов и источников нейтронов, образующихся в результате реакции скалывания, цель которого состоит в том, чтобы улучшить их состав и рабочие характеристики по всему миру.

Эти источники найдут свое применение в будущих гибридных реакторах. В них будут использоваться незамедленные нейтроны скалывания для сжигания ядерных отходов или воспроизводства ядерного топлива. В мире разрабатывается несколько проектов в этой области.

С перечнем существующих в мире источников нейтронов скалывания можно ознакомиться на сайте МАГАТЭ Портал знаний об ускорителях.