En neutronkälla är ett ämne eller en anordning som producerar neutronstrålning. Neutronkällor kan användas för att starta kärnreaktioner eller att detektera lätta atomer så som väteatomer, men kan också användas för att bestråla material för att producera isotoper, eller bestråla objekt för att göra experiment och undersökningar. Valet av neutronkälla beror bland annat på önskad hastighet hos och mängd av neutroner, men också acceptabel storlek hos neutronkällan, kostnader och andra aspekter.

Olika typer av neutronkällor

Spontan fission Spontan fission under utsändning av neutroner kan ske i vissa atomkärnor med höga atomnummer, till exempel californiumisotopen 252Cf. En anordning med en tillräcklig mängd av en sådan isotop sänder spontant ut neutroner och kan utan ytterligare arrangemang fungera som en neutronkälla.

Vid den allra första uppstarten av en kärnreaktor kan en neutronkälla med 252Cf användas i så kallade "start-up rods" för att på ett väldefinierat sätt initiera kärnklyvningen. När reaktorn väl en första gång har varit kritisk så sker i reaktorns bränsleelement hela tiden mindre sönderfall under utsändning av neutroner, varför det fortsättningsvis under reaktorns livstid inte behövs någon "extra" neutronkälla.

Arrangerad fission För att åstadkomma en neutronkälla med större kapacitet kan en kärnreaktor anordnas med till exempel uranisotopen 235U. När kärnreaktionen en gång startat sker fortlöpande klyvningar (fission) av uran-atomer som bildar klyvningsprodukter samt ett antal nya neutroner, som klyver nya uran-atomer och så vidare. Genom att leda undan en andel av de bildade neutronerna kan dessa tas till vara och användas för att bestråla material eller objekt för att skapa isotoper eller göra olika experiment och undersökningar. Reaktorer som har som primär uppgift att producera neutroner (istället för energiproduktion) kallas ofta forskningsreaktorer.

Strålningsreaktioner När vissa ämnen träffas av en viss sorts radioaktiv strålning kan de sända ut neutroner. Till exempel sänder berylliumisotopen 9Be ut neutroner när den träffas av alfastrålning. Genom att i en anordning kombinera en alfastrålare, till exempel Americium, med beryllium, så kan en väldefinierad neutronkälla erhållas. Genom att göra anordningen så att de två elementen kan föras samman eller dras isär kan neutronkällan aktiveras eller stängas av.

Spallation När vissa ämnen träffas av protoner kan de sända ut neutroner. Möjliga målobjekt kan vara gjorda av kvicksilver eller volfram, och fenomenet kallas spallation. Genom att låta en partikelaccelerator accelerera protoner till hög hastighet som bringas att träffa ett mål kan en spallationsreaktion ske där ett antal neutroner rycks loss. De bildade neutronerna bromsas ner till önskade energier i moderatorer och kan sedan användas för att bestråla material eller objekt för att göra olika experiment och undersökningar.

Kärnfusion När två eller flera lätta atomkärnor krockar med hög hastighet kan de genom kärnfusion slås samman och bilda tyngre grundämnen samtidigt som en fri neutron bildas. Ett exempel på detta är när de två väteisotoperna deuterium och tritium krockar och bildar helium och en fri neutron med hög hastighet. Fusion kräver extrema tryck och temperaturer som förekommer i kärnvapen av fusionstyp, samt experimentellt i anordningar för att utveckla fusionsreaktorer. De bildade neutronerna används normalt omedelbart för att vidmakthålla fusionsreaktionen genom att träffa ett mål (en: blanket) som innehåller litium som därvid omvandlas till tritium och helium, där tritium blir till "bränsle" för fusionsreaktionen.

Bildade neutroner används omedelbart i den primära processen, och det förefaller avlägset att använda en fusionsanordning som neutronkälla i syfte att kunna tillvarata bildade neutroner för andra ändamål.

Referenser

Noter

Kategori:Kärnfysik Kategori:Experimentell fysik