Detecció de neutrons
La detecció de neutrons és la detecció efectiva dels neutrons que entren en un detector ben posicionat. Hi ha dos aspectes clau per a la detecció efectiva de neutrons: maquinari (hardware) i programari (software). El maquinari de la detecció es refereix al tipus de detector de neutrons usat (el més comú actualment és el comptador de centelleig o escintel·lació (scintillation counter) i als components electrònics usats en la detecció. La configuració del maquinari també defineix paràmetres experimentals clau, com la distància font-detector, angle sòlid i el detector de blindatge. El programari de detecció consta d'eines d'anàlisi que fan tasques com l'anàlisi gràfica per a mesurar el nombre i energies dels neutrons que colpegen el detector.
Opcions clàssiques de detecció de neutrons[modifica]
Com a resultat de les propietats dels neutrons, la detecció cau en diverses categories principals:[1]
- Les reaccions d'absorció amb reaccions ràpides - els neutrons de baixa energia es detecten indirectament a través de les reaccions d'absorció. Els materials típics d'absorció utilitzats tenen alta seccions transversals per a l'absorció de neutrons, i inclouen heli 3, liti 6, bor 10 i urani 235 Cadascun d'aquests reacciona per emissió de partícules ionitzades d'energia altes, la pista d'ionització dels quals poden ser detectades per un gran nombre de mitjans. Les reaccions d'ús comú com 3 H, ⁶Li(n,α) 3H, ¹⁰B(n,α) 7Li i la fissió d'urani.[1]
- Els processos d'activació - Els neutrons poden ser detectats per la reacció amb els amortidors en una captura radiativa, espalació o una reacció similar, la producció de productes de la reacció que després decauen en algun moment posterior, l'alliberament de partícules beta o gamma. Determinats materials (per exemple, indi, or, rodi, ferro, alumini, niobi i silici tenen molt grans seccions transversals de la captura de neutrons dins d'una banda molt estreta de l'energia. L'ús de mostres d'absorbidors múltiples permet la caracterització de l'espectre d'energia de neutrons. L'activació també permet la recreació d'una exposició històrica de neutrons (per exemple, la recreació forense de l'exposició de neutrons en un accident de criticitat).[1]
- Reaccions de dispersió elàstica (també anomenades de retrocés de protó) - els neutrons d'alta energia es detecten indirectament a través de reaccions de dispersió elàstica. Els neutrons xoquen amb el nucli dels àtoms en el detector, que transfereixen energia a aquests nuclis i que creen un ió, el qual es detecta. Atès que la màxima transferència d'energia es produeix quan la massa de l'àtom amb la qual els neutrons xoquen és comparable a la massa del neutró hidrogenós que són materials hidrogenats amb un alt contingut d'hidrogen, tal com aigua o el plàstic. Aquests materials són sovint el mitjà preferit per als detectors d'aquest tipus.
Tipus de detectors de neutrons[modifica]
Detectors proporcionals de gas[modifica]
Els detectors proporcionals de gas es poden adaptar per a detectar neutrons.
Detectors proporcionals omplerts de gas He3[modifica]
Un isòtop de l'heli, He3 proporciona un material efectiu per detectar neutrons, però el subministrament de He3 es limita a la seva producció com subproducte de la degradació del triti que es fa servir en armes nuclears.
Detectors proporcionals plens de gas BF₃[modifica]
Com que el bor elemental no és gasós, els detectors de neutrons que contenen bor usen trifluorur de bor (BF₃) enriquit amb un 96% de bor 10.[2]
Detectors proporcionals folrats de bor[modifica]
Alternativament els comptadors proporcionals omplerts de ga folrats de borreaccionen de forma similar als detectors proporcionals plens de gas BF₃, amb l'excepció que les parets són recobertes amb ¹⁰B.
Detectors de neutrons per escintil·lació[modifica]
Els detectors de neutrons per escintil·lació inclouen escintil·ladors orgànics líquids,[3] crystals,[4][5] plastics, glass[6] and scintillation fibers.[7]
Detectors de fibra de vidre sensible a l'escintel·lació[modifica]
El vidre de liti⁶ per la detecció de neutrons data de 1957[8]
Detectors de neutrons semiconductors[modifica]
S'han fet servir els semiconductors per a detectar neutrons.[9]
Detectors d'activació de neutrons[modifica]
Les mostres es poden posar en un camp de neutrons per caracteritzar-ne l'espectre d'energia i la intensitat. Es poden fer servir reaccions d'activació incloent 56Fe(n,p) 56Mn, 27Al(n,α)24Na, 93Nb(n,2n) 92mNb, & 28Si(n,p)28Al.[10]
Detectors de neutrons ràpids[modifica]
Aquesta detecció presenta problemes especials.[11]
Aplicacions[modifica]
- Instrumentació de reactors: la detecció de neutrons dona una mesura important de l'energia en una planta nuclear.
- Física de partícules: s'ha proposat la detecció de neutrons com un mètode de millora per la detecció de neutrins.[12]
- Ciència dels materials: permet caracteritzar la morfologia de materials des de l'escala d'Angstroms a un micró.
- Seguretat en la radiació: la radiació de neutrons és un perill associat amb la font de neutrons en els viatges espacials i també s'usa per a la seguretat de les plantes d'energia nuclear.
- Detecció de radiació còsmica
- Detecció de material nuclear especial: El material nuclear especials (SNM) com l'Urani-233 i el Plutoni-239 decauen per fissió espontània, donant neutrons.
Referències[modifica]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Tsoulfanidis, Nicholas. Measurement and Detection of Radiation. Washington, D.C.: Taylor & Francis, 1995 (2nd Edition), p. 467–501. ISBN 1-56032-317-5.
- ↑ Boron Trifluoride (BF3) Neutron Detectors
- ↑ Yousuke, I.; Daiki, S.; Hirohiko, K.; Nobuhiro, S.; Kenji, I. «Deterioration of pulse-shape discrimination in liquid organic scintillator at high energies». Nuclear Science Symposium Conference Record, Volume: 1. IEEE, 1, 2000, pàg. 6/219–6/221 vol.1. DOI: 10.1109/NSSMIC.2000.949173.
- ↑ Kawaguchi, N.; Yanagida, T.; Yokota, Y.; Watanabe, K.; Kamada, K.; Fukuda, K.; Suyama, T.; Yoshikawa, A. «Study of crystal growth and scintillation properties as a neutron detector of 2-inch diameter eu doped LiCaAlF6 single crystal». Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC). IEEE, 2009, pàg. 1493–1495. DOI: 10.1109/NSSMIC.2009.5402299.
- ↑ «Example crystal scintillator based neutron monitor.». Arxivat de l'original el 2011-10-01. [Consulta: 8 agost 2012].
- ↑ Bollinger, L.M.; Thomas, G.E.; Ginther, R.J. «Neutron Detection With Glass Scintillators». Nuclear Instruments and Methods, 17, 1962, pàg. 97–116. Bibcode: 1962NucIM..17...97B. DOI: 10.1016/0029-554X(62)90178-7.
- ↑ Miyanaga, N.; Ohba, N.; Fujimoto, K. «Fiber scintillator/streak camera detector for burn history measurement in inertial confinement fusion experiment». Review of Scientific Instruments, 68, 1, 1997, pàg. 621–623. Bibcode: 1997RScI...68..621M. DOI: 10.1063/1.1147667.
- ↑ Egelstaff, P.A. [et al]. «Glass Scintillators For Prompt Detection Of Intermediate Energy Neutrons». Nuclear Instruments and Methods, 1, 1957, pàg. 197–199.
- ↑ Mireshghi, A.; Cho, G.; Drewery, J.S.; Hong, W.S.; Jing, T.; Lee, H.; Kaplan, S.N.; Perez-Mendez, V. «High efficiency neutron sensitive amorphous silicon pixel detectors». Nuclear Science. IEEE, 41, 4, Part: 1–2, 1994, pàg. 915–921. Bibcode: 1994ITNS...41..915M. DOI: 10.1109/23.322831.
- ↑ van Eijk, C.W.E.; de Haas, J.T.M.; Dorenbos, P.; Kramer, K.W.; Gudel, H.U. «Development of elpasolite and monoclinic thermal neutron scintillators». Nuclear Science Symposium Conference Record. IEEE, 1, 2005, pàg. 239–243. DOI: 10.1109/NSSMIC.2005.1596245.
- ↑ Vanier, P.E; Forman, L.; Dioszegi, I.; Salwen, C.; Ghosh, V.J. «Calibration and testing of a large-area fast-neutron directional detector». Nuclear Science Symposium Conference Record. IEEE, 2007, pàg. 179–184. DOI: 10.1109/NSSMIC.2007.4436312.
- ↑ John F. Beacom and Mark R. Vagins «Antineutrino Spectroscopy with Large Water Čerenkov Detectors». Physical Review Letters, 93, 17, 2004, pàg. 171101. arXiv: hep-ph/0309300. Bibcode: 2004PhRvL..93q1101B. DOI: 10.1103/PhysRevLett.93.171101.
- Cates, G.D., Day, D., Liyanage, N. «Neutron Tagged Bound Proton Structure to Probe the Origin of the EMC Effect» (PostScript). Jefferson Labs, 2004. [Consulta: 9 juny 2005].
- Pozzi, S.A., Mullens, J.A., and Mihalczo, J.T. «Analysis of neutron and photon detection position for the calibration of plastic (BC-420) and liquid (BC-501) scintillators». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 524, 1–3, 2003, pàg. 92–101. Bibcode: 2004NIMPA.524...92P. DOI: 10.1016/j.nima.2003.12.036.
- Cecil, R.A., Anderson, B.D., Madey, R. «Improved Predictions of Neutron Detection Efficiency for Hydrocarbon Scintillators from 1 MeV to about 300 MeV». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 161, 3, 1979, pàg. 439–447. Bibcode: 1979NucIM.161..439C. DOI: 10.1016/0029-554X(79)90417-8.
- DOE Fundamentals Handbook on Instrumentation and Control, Volume 2 Arxivat 2009-04-02 a Wayback Machine.