Fuente de neutrones de radionucleidos
Una fuente de neutrones de radionúclidos es un dispositivo que utiliza rayos o partículas con una determinada energía emitida cuando los radionúclidos se desintegran para bombardear ciertos materiales objetivo y producir reacciones nucleares para emitir neutrones. Debido a que los protones y neutrones que forman el núcleo están estrechamente unidos por la fuerza nuclear fuerte en el núcleo, los neutrones se liberan del núcleo. Esto requiere proporcionar energía mayor que la energía de enlace de los neutrones. Los neutrones tienen diferentes energías de enlace en diferentes núcleos, que van desde aproximadamente 1 a 20 MeV. Entre los diversos modos de desintegración de los radionucleidos, desde un punto de vista energético, sólo las partículas α y los rayos γ emitidos por la desintegración α y la desintegración γ pueden hacer que ciertos núcleos objetivo emitan neutrones. Por lo tanto, las fuentes de neutrones de radionúclidos se dividen en fuentes de neutrones alfa y fuentes de neutrones gamma. Además, también existe una fuente de neutrones de fisión espontánea que utiliza la fisión espontánea de núcleos pesados para producir neutrones, a saber, la fuente de neutrones de californio-252.
La intensidad de la radiación de una fuente de neutrones de radionucleidos está relacionada con la cantidad total de radionucleidos en la fuente de neutrones. El número de neutrones producidos por segundo por unidad de actividad de nucleidos suele definirse como el rendimiento de neutrones de una fuente de neutrones de radionucleidos. Debido a la continua desintegración de los radionucleidos, la intensidad de la radiación de las fuentes de neutrones de radionucleidos también disminuye con el tiempo. La intensidad de radiación In de la fuente radiactiva en un momento determinado t se puede calcular según la siguiente fórmula:
Método de exploración radiactiva
En la fórmula: la intensidad de radiación de la fuente de neutrones cuando I0 es cero; λ es la radiactividad. La constante de desintegración de un nucleido.
La fuente de neutrones de radionúclidos se caracteriza por su pequeño tamaño y facilidad de uso. Estas fuentes de neutrones suelen utilizar registradores de neutrones. La desventaja es que la intensidad de radiación de la fuente de neutrones no es alta y el espectro de neutrones es complejo.
(1) Fuente de neutrones alfa
Esta fuente de neutrones consta de radiación alfa y material objetivo. Como fuentes de radiadores α se seleccionan a menudo determinados radiadores α de las series de uranio, torio y actinio y algunos elementos pesados artificiales, como polonio, radio, americio, etc. El material objetivo es un nucleido estable, normalmente un elemento ligero, y el berilio es el más utilizado. Porque entre todos los elementos ligeros, el berilio tiene el mayor rendimiento de neutrones de reacción (α, n) y su fórmula de reacción es
Métodos de exploración radiactiva
La Tabla 5-3 enumera los comúnmente utilizados. Fuentes de neutrones alfa.
Tabla 5-3 Fuentes de neutrones α de uso común
(II) Fuente de neutrones γ
La fuente de neutrones γ utiliza la reacción (γ, n) Un dispositivo que produce neutrones. Dado que las reacciones (γ, n) son todas reacciones endotérmicas. Por lo tanto, la reacción sólo puede ocurrir si la energía del rayo gamma es mayor que la energía de enlace del neutrón en el núcleo objetivo. Entre los nucleidos estables, sólo el 9Be y el D tienen las energías de enlace de neutrones más bajas, y las energías umbral para producir reacciones (γ, n) son iguales a 1,665 MeV y 2,224 MeV respectivamente. La fuente de radiación γ se puede seleccionar entre radionucleidos naturales o artificiales, y los más utilizados incluyen 214Bi, 208Tl, 228Th, 124Sb, etc. La fórmula de reacción nuclear anterior es
Método de exploración radiactiva
Método de exploración radiactiva
La característica principal de la fuente de neutrones γ es la energía monocromática, que puede proporcionar desde 20keV a 1MeV Neutrones monoenergéticos en un determinado punto de energía. Por lo tanto, este tipo de fuente de neutrones se utiliza principalmente como estándar de energía de los neutrones. La estructura general de una fuente de neutrones gamma consiste en colocar el radiador gamma en un recipiente, envolverlo con berilio o agua pesada y convertirlo en un cilindro o esfera. Las principales desventajas de las fuentes de neutrones gamma son su bajo rendimiento, su corta vida útil y su fuerte radiación gamma.
(3) Fuente de neutrones de fisión espontánea
Un dispositivo de neutrones de fisión espontánea que utiliza elementos de superplutonio se denomina fuente de neutrones de fisión espontánea. La llamada "fisión espontánea" se refiere al proceso de reacción nuclear en el que el núcleo atómico se divide en dos o más fragmentos por sí solo en ausencia de partículas externas y de excitación externa. Los experimentos han demostrado que sólo los núcleos pesados pueden fisionarse espontáneamente, y el californio 252 (252Cf) es la fuente de neutrones más adecuada. Debido a su larga vida media y su alto rendimiento de neutrones por fisión espontánea (2,31 × 1012 neutrones/segundo-Bq), otros núcleos pesados no poseen estas dos características.
El californio-252 es el último nucleido de la tabla periódica que el ser humano puede producir a gran escala hasta el momento. Hay tres formas de producirlo: utilizando síntesis de pedal de gas; utilizando síntesis de explosión termonuclear subterránea; irradiando elementos transuránicos en un reactor nuclear para producir californio-252 mediante captura continua de neutrones y desintegración beta, la última de las cuales está actualmente disponible en cantidades pesadas. La única forma de utilizar 252Cf.
La fuente de neutrones de californio-252 es diferente de las fuentes de neutrones (α, n) y (γ, n). No requiere ningún material objetivo. El rendimiento de neutrones de la fuente de neutrones solo está determinado por. el número de 252Cf La decisión no tiene nada que ver con el estado físico o la forma química del 252Cf. Esto reduce en gran medida el tamaño de la fuente de neutrones. El volumen de una fuente radiactiva que contiene 1 gramo de 252Cf, incluido el helio producido por la desintegración alfa, es inferior a 1 centímetro cúbico. La forma de la fuente radiactiva puede variar según la aplicación.
Debido a que la fuente de neutrones de californio-252 tiene las ventajas de un tamaño pequeño, un alto rendimiento de neutrones, una estructura simple y una intensidad de radiación estable, tiene perspectivas de aplicación muy amplias en la exploración geológica. Algunos países desarrollados han completado una evaluación exhaustiva de la aplicación de fuentes de neutrones de californio-252 en sitios de exploración geológica. Los experimentos de exploración de campo con cobre, plata, oro, manganeso, titanio, níquel, uranio, torio y otros minerales han demostrado que la tecnología de medición de neutrones 252Cf es un método eficaz para explorar minerales sedimentarios subterráneos y del fondo marino.