4.5.3.Синхротронное излучение

Другая форма излучения возникает, когда пучок быстрых электронов движется по кольцевой орбите. Из электромагнитной теории, малая доля энергии пучка испускается во вне при каждом прохождении кольца. Первоначально, при конструировании ускорителей на высокие энергии это явление рассматривалось как неблагоприятное. Но, как оказалось, по прошествии нескольких декад, синхротронное излучение является очень полезной формой электромагнитного излучения. Излучение направлено по

касательной к орбите, по которой движется пучок. Оно появляется в виде интенсивного сфокусированного пучка фотонов с энергией, которая охватывает диапазон от видимого света (несколько эВ) до энергий рентгеновских квантов (10⁴ эВ). Для генерирования моноэнергетических фотонных пучков с очень высокой интенсивностью могут использоваться монохроматоры. С тех пор был сконструирован ряд ускорителей на высокие энергии (обычно образуют электроны с энергией 500 МэВ и более), которые специализировались на получении синхротронного излучения. Несмотря на необходимость использования крупномасштабных централизованных приспособлений, эта уникальная форма электромагнитного излучения, как было доказано, очень полезна благодаря своей интенсивности и перенастраиваемой энергии доступного источника.

5. Источники нейтронов

Несмотря на то, что энергия возбуждения ядер больше энергии связи нейтрона, ядра могут распадаться с излучением нейтронов. Эти высокоэнергетические состояния не образуются в результате какого-нибудь процесса распада. Следовательно, реальные изотопные источники нейтронов не могут существовать в тех же самых условиях, что источники гамма излучения. Источниками гамма излучения могут быть разные ядра, возбужденные в цепочках радиоактивных распадов, или в результате разнообразных ядерных реакций.⁵ Выбор возможного радиоизотопного источника ограничен и базируется на процессах спонтанного деления или ядерных реакциях, для которых падающая частица – продукт подходящего процесса распада.

5.1. Спонтанное деление

Многие тяжелые трансурановые ядра склонны к спонтанному делению с большой вероятностью. Несколько быстрых нейтронов испускаются сразу при каждом акте деления, так что образец такого радионуклида может являться простым и удобным изотопным источником нейтронов. Другие продукты деления: тяжелые продукты деления (описывались ранее), мгновенное гамма излучение при процессе деления, бета- и гамма- активность продуктов деления, накоплены внутри образца. Изотоп в общем случае помещают в капсулу, контейнер с тонкой поверхностью, так что только быстрые нейтроны и гамма кванты могут выходить из источника.

Рис. 1.10. Энергетический спектр нейтронов при спонтанном делении ²⁵²Cf

Наиболее распространенный изотоп, для которого характерно спонтанное деление это ²⁵²Сf. Его период полураспада 2.65 лет, он достаточно длинный и поэтому является подходящим. Данный изотоп один из наиболее широко получаемых среди всех трансурановых. Доминирующим является альфа распад, альфа частица излучается около 32 раз. Выход нейтронов составляет 0.116 н/с на 1 Бк, где активность это объединение скорости альфа распада и скорости деления. Относительно единиц массы, в одном микрограмме образца образуется 2.30*10⁶ нейтр/сек. По сравнению с другими изотопными источниками нейтронов, описанными ниже, ²⁵²Cf источники включают в себя очень малое количество активного вещества (обычно порядка нескольких микрограммов) и поэтому можно изготавливать ²⁵²Cf источники малых размеров, задаваемых только требованиями к инкапсуляции.

Энергетический спектр нейтронов изображен в виде графика на рис. 1.10. Спектр имеет пик между энергиями 0,5 и 1 МэВ, хотя выход нейтронов с такими высокими энергиями как 8 или 10 МэВ также является значительным. Форма типичного спектра деления аппроксимирована следующим выражением:

(1.6)

При спонтанном делении ²⁵²Cf константа Т в выражении (1.6) имеет значение 1,3 МэВ (приложение 19). При каждом делении ²⁵²Cf возникает в среднем 3,8 нейтронов, а также испускается в среднем 9,7 гамма квантов. Большинство из них (>85%) сравнительно быстрые высокоэнергетические гамма кванты, они испускаются в течение первой наносекунды, следующей после события деления.