مصدر النيوترونات هومصطلح عام يضم الكثير من الأجهزة التي تقوم بعملية قذف النيوترونات- بغض النظر عن التقنية المستخدمة في هذه الأجهزة لإنتاج النيوترونات. هناك متغيرات عديدة تعتمد عليها طاقة النيوترونات المقذوفة:

• معدل النيوترونات المقذوفة من المصدر
• حجم المصدر
• تكلفة امتلاك وصيانة المصدر
• التعليمات الحكومية المتعلقة بالمصدر

كما تتنوع مجالات استخدامات هذه الأجهزة في الكثير من التطبيقات المهمة مثل: الفيزياء، الهندسة، الطب، الأسلحة النووية، استكشاف آبار النفط، البيولوجيا، الكيمياء، الطاقة النووية وصناعات أخرى.

هناك عدة أنواع من مصادر النيوترونات:

الأجهزة الصغيرة القياس

• النظائر الإشعاعية التي تخضع للانشطار العفوي:

هناك نظائر أحادية معينة تخضع للإنشطار العفوي عند انبعاث النيوترونات.النوع المستخدم الشائع من النظائر الحادية المشعة هوالنظير الأحادي الإشعاعي المدعو: كاليفورنيوم-252 Californium-252 أوللإختصار نقول: CF-252. ويتم إنتاج CF-252 وغيرها من مصادر النيوترونات المنشطرة عفوياً عن طريق تخصيب اليورانيوم في المفاعل النووي أوأي عنصر عدده الذري شبيه بالعدد الذري لليورانيوم. ولتخصيب اليورانيوم يتم امتصاص النيوترونات في مادة إيتدائية مع منتجات التفاعل المتسلسل؛ فتتحول هذه المادة الإبتدائية إلى النظير الأحادي المشع والذي ينشطر عفوياً.

يتراوح قطر مصادر نيوترونات النظير المشع CF-252 النموذجية حوالي 1/4 إنش إلى 1/2 إنش، وطولها 1 إنش إلى 2 إنش. وعند شراء مصادر نيوترونات CF-252 نموذجية جديدة، فإنها تبتعث ما بين 1× ${\displaystyle {10}^7}$

• النظائر الإشعاعية التي تتميز بإنحلال حزمة جسيمات ألفا في مصفوفة رتبة Z الخفيضة والأساسية:

ويتم فيه إنتاج النيوترونات عندما ترتطم جسيمات ألفا بأي واحد من الكثير من نظائر العناصر وزنها الذري منخفض، بالإضافة إلى البريليوم، والكربون، والأكسجين. يمكن حتى يستخدم التفاعل النووي لبناء مصدر نيوترون عن طريق الممازجة ما بين النظاير الإشعاعي النشاط الذي يبتعث جسيمات ألفا كالراديوم أوالبلونيوم مع نظير مشع وزنه الذري منخفض، والذيقد يكون عادةً على شكل مساحيق مادية. تتراوح معدلات الإبتعاث النموذجية لمصادر النيوترونات ذات تفاعل نوع ألفا من 1× ${\displaystyle 10^{6$ إلى 1× ${\displaystyle 10^{8$ نيوترون لكل ثانية. على سبيل مثال: في نموذج مصدر النيوترون نوع ألفا-بريليوم يتسقط حتى ينتج تقريباً 30 نيوترون لكل واحد مليون من جسيمات ألفا. يعتبر فترة الحياة المفيدة لهذه الأنواع من المصادر متغيرأً ذوأهمية بالغة، ويعتمد على نصف العمر للنظير الإشعاعي الذي يبتعث جسيمات ألفا. كما حتى قياس وتكلفة هذا النوع من المصادر مشابه لمصادر الإنشطار العفوي.والتراكيب الإعتيادية للمواد تكون إما: بلوتونيوم-بريليوم، أوأمريكيوم-بريليوم، أوأمريكيوم-ليثيوم.

• النظائر الإشعاعية التي تتميز بإنحلال يشهجر فيه جميع من فوتونات الضوء عالية الطاقة مع البريليوم أوالديوتريوم:

يستطيع إشعاع غاما مع الطاقة الفائقة الناتجة عن طاقة الربط النووي بين النيوترون والنواة حتى يقذف نيوترون. المعادلتين الآتيتين يوضحان ذلك مع نواتجهما الإنحلالية:

بريليوم+ أكثر من 1.7 إلكترون فولت من الطاقة الضوئية --> 1 نيوترون+ 2 هيليوم

تيتيدريوم + أكثر من 2.26 إلكترون فولت من الطاقة الضوئية --> 1 نيوترون+ تيتيدريوم

• مولدات النيوترون ذات صمامات مفرغة محكمة الإغلاق:

يوجد بعض مولدات النيوترون- التي مكونها الأساسي مسرع؛ والتي تعمل بطريقة الإندماج النووي المستحث بين حزم الديتيريوم و/أوتريتيوم ( نظير الهيدروجين الذي وزنه الذري 3)الأيونية وأهداف الفلز المهدرج ( مركب مؤلف من عنصر هيدروجين وعنصر آخر)والتي تحتوي أيضاً على النظائر المشعة.

الأجهزة المتوسطة القياس

• أجهزة هجريز البلازما وضغطه:

ينتج مصدر النيوترون بطريقة هجريز البلازما إندماج نووي يمكن توجيهه والتحكم به عن طريق تكوين بلازما كثيفة في جويحتوي على غاز الديتيريوم المؤين و/أوغاز التريتيوم المؤين، ويتم تسخين الغاز إلى درجات حرارة كافية لخلق الإندماج النووي.

• مسرعات الأيونات الضوئية:

يمكن حتى تستخدم مسرعات الجزيئات التقليدية مع مصادر أيون: الهيدروجين، أوالديتيريوم، أوالتريتيوم لإنتاج نيوترونات باستخدام أهداف من الديتيريوم، التريتيوم، الليثيوم، البريليوم، وأي مادة من المواد المصنفة في الرتبة الدنيا من الجدول الدوري. وفي المسرعات النموذجية تقوم بعمل سلسلة من العمليات ضمن فروقات جهد في مدى أكبر من 1 إلكترون فولت.

• أنظمة بريمستروهلنج للإندماج النووي/ النيوترون الضوئي العالي الطاقة:

يتم إنتاج النيوترونات أوالنيوترونات الضوئية عندما تتكون الفوتونات عرضياً في طاقة الربط النووي لتلك المادة، مسببةً بذلك تغييراً ضخماً جداً في الرنين الجزيئي الثنائي الاستقطاب، ويحدث بعد ذلك إما ابتعاث نيوترون أوإنشطار نووي خاضع للتغيير. عدد النيوترونات المتحررة لكل وقع إنشطار نووي يعتمد على المادة.

تبدأ فوتونات الضوء النموذجية بإنتاج النيوترونات عند التفاعل بمحتوى طبيعي بطاقة تتراوح منسبعة إلى 40 إلكترون فولت، والذي يعني تسهيلات بالمعالجة الإشعاعية للفوتون بالميجافولت، والذي من الممكن حتى ينتج نيوترونات إذا جاز التعبير، وتحتاج درعاً واقياً خاصاً بها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن حتى يستحث الإلكترونات بطاقة تفوق 50 إلكترون فولت الرنين الجزيئي الثنائي الاستقطاب والعملاق في الأنوية بواسطة آلية تعكس التحول الداخلي، إلى غير ذلك النيوترونات المنتجة باستخدام هذه التقنية مماثلة لتلك النيوترونات الضوئية.

الأجهزة الكبيرة القياس

• مفاعلات الانشطار النووي

يحتل الاندماج النووي مكانة خاصة داخل المفاعل الذي ينتج كميات كبيرة من النيوترونات ويمكن حتى يستخدم مجموعة متنوعة من الأهداف وتضم توليد الطاقة النووية والتجارب.

• أنظمة الاندماج النووي:

يوجد إحتمال كبير باستخدام الاندماج النووي الذي يضم النظائر المشعة الثقيلة لإنتاج كميات كبيرة من النيوترونات. يوجد أنظمة الاندماج النووي ذات القياس الصغير في الكثير من الجامعات والمختبرات حول العالم والتي تخدم أغراض البحث الفهمي؛ ويضم الولايات المتحدة، JET في بريطانيا العظمى، وITER المفتتحة حديثاً في فرنسا.

• مسرعات الجزيء العالي الطاقة:

إن مصدر ابتعاث الجزيئات النووية بالقذف بالإلكترونات هومصدر عالي التدفق، والذي يتم فيه تسريع البروتونات بطاقة عالية لإصابة المادة الهدف، مستحثةً بذلك على ابتعاث النيوترونات.

التدفق النيوتروني

في معظم التطبيقات، حدثا كان تدفق النيوترون عالياً كان دائماً أفضل ( حيث أنه ينقّص الزمن اللازم لإدارة التجربة، والتقاط الصور، إلخ). أجهزة الاندماج النووي الخبيرة كنوع فيوزر، يولّد 300.000 نيوترون لكل ثانية. تستطيع أجهزة الفيوزر التجارية حتى تولد على الترتيب ${\displaystyle {10}^9}$${\displaystyle {10}^{1}5}$${\displaystyle 10^{1 7$ نيوترون لكل سم مربع في الثانية.

التاريخ

اكتشف العام تشادويك في عام 1932م النيوترون عن طريق دراسته إرتداد البروتون في طبقة البارفين عند قصفها بالإشعاع المتولد من مصدر Po\Be حيث عثر أنه هناك انبعاث لدقائق (جسيمات) متعادلة الشحنه اطلق عليها إسم النيترونات. هذه الجسيمات ذات سرعة كبيره تتفاعل مع الماده وتؤينها ولكن تأينها تأين غير مباشر Indirect Ionization وهي ذات مدى كبير وذلك ناتج عن تعادل شحنتها فلا تفقد طاقتها بشكل سريع كأشعة الفا عند التأين .

يستخدم مصدر Be – Ra (بريليوم – راديوم ) لانتاج النيوترونات ويتكون من

مسحوق مخلوط من 226Ra مع 9Be محفوظة في كبسولة صغيرة موضوعة في وسط كتلة كبيرة من شمع البارافين ومحاطة ببرميل من الحديد الصلب جدرانه سميكة ويوجد على الغطاء ثقوب اسطوانية لها مسافات مختلفة عن المركز وذلك لوضع العينات فيها عند تشعيعها.

إن جسيمات ألفا المنبعثة من الراديوم 226 تتفاعل مع نوى البريليومتسعة وينتج في النهاية نيوترونات

انتاج النيوترونات

يستعمل شمع البارافين حول مصدر النيوترونات كمهدئ للنيوترونات لكي يخفض طاقاتها العالية بالتصادم المتتابع إلى طاقات حرارية قليلة ولذالك فإنه بعد انتشارها في مادة المهدئ وعند سمك معين تكون النيوترونات مهدأة وعندها ينطبق عليها توزيع ماكسويل للسرعات وتتصرف النيوترونات كأنها غاز وتكون الطاقة الحركية لأغلب النيوترونات متناسبة مع درجة حرارة المهدئ

اثناء تحول النيوترون الى بروتون يمر بفترة التحول الى ميزون وتكون شحنته سالبة وكتلته تساوي تقريبا كتلة الالكترون.

انظر أيضاً

• النيوترون السريع
• الانشطار النووي
• مولد النيوترون
• وسيط النيوترون
• الانحلال الاشعاعي
• الاشعاع
• النيوترون البطيء

المراجع

الروابط الخارجية

• Portable Neutron Generators
• List of Neutron Sources Worldwide