Источники нейтронов на основе ускорителей заряженных частиц

Нейтроны возникают в любых мишенях при их бомбардировке заряженными частицами, если только их энергия превышает энергию связи нейтронов в ядре мишени. Наилучшими по выходу нейтронов являются мишени из лёгких элементов: бериллия, дейтерия, трития. В качестве разгоняемых заряженных частиц чаще всего используются протоны и дейтроны.

Диапазон энергии нейтронов, который может быть получен в этих реакциях, составляет от нескольких кэВ до 20 МэВ. Большим достоинством таких нейтронных источников является возможность изменять энергию нейтронов путём изменения энергии заряженных частиц с помощью ускорителя.

На рисунке 2.14 [3, 5] представлены зависимости энергии нейтронов от энергии заряженных частиц (протонов и дейтронов), бомбардирующих различные мишени (дейтерий, тритий и литий). Здесь рассмотрены только нейтроны, вылетающие под углами 0⁰ и 180⁰ по отношению к направлению бомбардирующих частиц. Из данного рисунка следует, что при бомбардировке дейтронами дейтериевой и тритиевой мишеней пороговая энергия равна нулю и энергия нейтронов мало зависит от энергии бомбардирующих частиц (дейтронов). Но при бомбардировке протонами реакция начинается с пороговой энергии протонов (для тритиевой мишени примерно 1,1 МэВ, для литиевой – 2 МэВ) и энергия нейтронов скачком возрастает примерно до 0,3 МэВ, а далее, с ростом энергии бомбардирующих протонов возрастает уже более плавно, но круче, чем при бомбардировке дейтронами.

С помощью ускорителей заряженных частиц можно также получать фотоны высоких энергий (выше 6 МэВ), что невозможно получить от радиоизотопных источников. А это открывает возможности получения нейтронов с помощью (γ, n)-реакции не только на бериллии и дейтерии, но и на других элементах, у которых энергия связи нейтрона с ядром выше 6 МэВ. Такие высокоэнергичные гамма-кванты обычно получают на электронных ускорителях, бомбардируя пучком ускоренных электронов различные мишени.

Рис. 2.14. Зависимость энергии нейтронов от энергии ускоренных

протонов и дейтронов для углов вылета 0⁰ и 180⁰ на тритиевых,

дейтериевых и литиевых мишенях

Сечение (γ, n)-реакции на ядрах различных элементов (кроме лёгких) с ростом энергии гамма-квантов сначала возрастает, достигая максимума примерно при 20 МэВ, а затем убывает. Но по сравнению с другими процессами взаимодействия фотонов со средой сечения фотонейтронных реакций на два-три порядка меньше.