Neutronové emise je reakce (radioaktivní), jejímž prostřednictvím izotop (nestabilní) ztratil (spontánně) A neutronů je atomová hmotnost se sníží o jednu a atomové číslo je zachován. Např. 4 H stává 3 H . Neutronového záření je forma ionizujícího záření , sestávající z volných neutronů, které vyplývá z fúzního nebo jaderné štěpení .
James Chadwick (student Ernesta Rutherforda ) objevil neutronové záření kolem roku 1932 pozorováním beryliového jádra reagujícího s alfa částicemi, čímž se transformoval do uhlíkového jádra doprovázeného emisí neutronu: Be (α, n) C.
Emise neutronů může nastat během jaderné fúze nebo štěpení nebo v důsledku různých reakcí v jádrech, jako je jaderný rozpad nebo interakce s částicemi ( např. Kosmické paprsky). Velké zdroje neutronů jsou vzácné; obecně se omezují na jaderné reaktory nebo urychlovače částic.
Emise neutronů se nacházejí hlavně v reakcích štěpení jader :
Emise neutronů se také nacházejí ve dvou ze čtyř hlavních reakcí jaderné fúze :
Neutronové záření se často používá při rozptylových a difrakčních experimentech k hodnocení vlastností a struktury materiálů v oblastech krystalografie , fyziky kondenzovaných látek , biologie, chemie pevných látek , vědy o materiálech , geologie, mineralogie a souvisejících věd. Emise neutronů se v některých zařízeních používají k léčbě rakovinových nádorů kvůli jejich vysoce pronikavé a destruktivní povaze. Neutronové záření může také hrát roli při zobrazování průmyslových dílů. Jeho použití je také vidět v jaderném, kosmickém, leteckém a výbušném průmyslu.
Neutronové záření neionizuje atomy stejným způsobem jako nabité částice, jako jsou protony a elektrony , protože neutrony nemají žádný náboj. Výsledkem je, že jsou pronikavější než záření alfa nebo beta a v některých případech více pronikají než záření gama, jehož dráha je v hmotě s vysokým atomovým číslem blokována. V materiálech s nízkým atomovým číslem, jako je vodík, může nízkoenergetický gama paprsek pronikat více než neutron.
Radiační ochrana považuje emise neutronů za čtvrté radiační riziko vedle forem alfa, beta a gama. Jedním z jeho nebezpečí je aktivace neutronů, kdy emitovaný neutron je schopen způsobit radioaktivitu ve většině materiálů, které zasahuje, včetně tělesných tkání samotných pracovníků. K tomu dochází při zachycování neutronů atomovými jádry, která se mění na jiné nuklidy, často radioizotopy (jádra zářiče). Tento proces představuje velkou část radioaktivního materiálu uvolněného výbuchem jaderné zbraně. To je také problém v zařízeních na štěpení nebo fúzi jaderných zbraní, protože díky nim jsou zařízení postupně radioaktivní a vyžadují jejich výměnu a přepracování jako nízkoaktivního jaderného odpadu.
Ochrana proti emitovaným neutronům závisí na stínění. Ve srovnání s konvenčním ionizujícím zářením založeným na fotonech nebo nabitých částicích se neutrony opakovaně odrážejí a jsou pomalu absorbovány světelnými jádry. K jejich zastavení je tedy zapotřebí velké množství materiálu bohatého na vodík. Neutrony procházejí většinou materiálů bez obtíží, přesto jsou dostatečně interakční, aby způsobily biologické poškození. Vzhledem k vysoké kinetické energii neutronů je toto záření považováno za nejzávažnější a nejnebezpečnější. Nejúčinnější materiály jsou voda, polyethylen, parafín, vosk nebo beton, kde je na cement vázáno značné množství molekul vody. Světelné atomy pomáhají zpomalit neutrony prostřednictvím elastického rozptylu , takže jsou absorbovány reakcemi jádra . Takové reakce však často vydávají gama záření jako vedlejší produkt, a proto je důležité dodatečné stínění absorbovat toto záření.
Protože neutrony, které narážejí na jádro vodíku (proton nebo deuteron), dodávají tomuto jádru energii, toto jádro unikne ze svých chemických vazeb a před zastavením projde malou vzdálenost. Tyto protony a deuterony mají vysokou hodnotu lineárního přenosu energie a jsou následně zastaveny ionizací materiálu, kterým procházejí. Takže v živé tkáni jsou neutrony biologicky destruktivní, asi desetkrát více karcinogenní než fotony nebo záření Beta stejné úrovně očištění .
U lidí a savců jsou první dvě radiační poruchy vyvolané akutním vystavením neutronovému záření téměř okamžitá zánětlivá reakce (předčasné uvolnění prozánětlivých cytokinů v krvi ) a akutní a hemostáza vyvolaná aplazií (zastavený vývoj některých nebo všechny tkáně a / nebo orgány), které jsou potom spojeny s poruchami srážlivosti ( hemoragický syndrom , který zhoršuje prognózu ozářeného subjektu).
Neutrony také degradují materiály; bušení materiálů neutrony způsobuje kaskádové srážky, které generují bodové vady a dislokace v materiálech. Velký tok neutronů může oslabit nebo nabobtnat kovy a jiné materiály. To představuje problém pro nádoby jaderných reaktorů a značně omezuje jejich životnost (rozšiřitelnou postupným žíháním nádoby, které slouží ke snížení počtu akumulovaných dislokací). Grafitoví moderátoři jsou obzvláště citliví na tento efekt, známý jako „ Wignerův efekt “, a potřebují každoroční žíhání.
Neutrony v reaktorech jsou klasifikovány jako pomalé nebo rychlé neutrony, v závislosti na jejich energiích. Pomalé (tepelné) neutrony vypadají jako plyn v termodynamické rovnováze, ale snadno je zachytí atomová jádra a představují primární prostředek, kterým prvky procházejí atomovým tavením .
Aby se dosáhlo účinné štěpné řetězové reakce , musí být neutrony produkované během štěpení zachyceny štěpnými jádry, která praskají a stále vydávají neutrony. Většina štěpných reaktorů není vybavena dostatečně obohaceným jaderným palivem, aby absorbovala dostatek rychlých neutronů, aby pokračovala v řetězové reakci, a proto je třeba zavést moderátory, které tyto rychlé neutrony zpomalí na tepelnou rychlost vhodnou pro jejich absorpci. Nejběžnějšími moderátory jsou grafit, normální voda nebo těžká voda . Některé reaktory (ty s rychlými neutrony) a všechny jaderné zbraně závisí na rychlých neutronech. To vyžaduje určitý design a úpravy paliva. Berylia prvek hodí pozoruhodně na tento díky jeho roli jako čočka nebo reflektoru neutronů, čímž se snižuje množství štěpného materiálu požadované a představuje technický vývoj zásadní pro vytvoření neutronové bomby .