การแผ่รังสีจากนิวตรอน

การแผ่รังสีจากนิวตรอน (อังกฤษ: Neutron radiation) เป็น การแผ่รังสีโดยการแตกตัวเป็นไอออน ชนิดหนึ่งซึ่งประกอบด้วยกลุ่มนิวตรอนอิสระที่เป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันหรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ปฏิกิริยาดังกล่าวจะทำให้มีการปลดปล่อยนิวตรอนอิสระจากอะตอม นิวตรอนอิสระเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมอื่น ๆ เพื่อก่อตัวเป็นไอโซโทปใหม่ซึ่งอาจเป็นผลให้มีการผลิตรังสี

แหล่งที่มา

บทความหลัก: แหล่งนิวตรอน

ดูเพิ่มเติม: หมวดหมู่: แหล่งนิวตรอน

นิวตรอนอาจถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียร์ฟิวชันหรือนิวเคลียร์ฟิชชัน หรือจาก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่แตกต่างกันใด ๆ เช่นจาก การสลายให้กัมมันตรังสี หรือปฏิกิริยาจากการปฏิสัมพันธ์กันของอนุภาค (เช่นจากรังสีคอสมิกหรือเครื่องเร่งอนุภาค) แหล่งนิวตรอนขนาดใหญ่เป็นของหายากและมักจะจำกัดอยู่ในอุปกรณ์ขนาดใหญ่เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือ เครื่องเร่งอนุภาค (เช่นแหล่งที่มาของนิวตรอนแบบ Spallation)

การแผ่รังสีจากนิวตรอนถูกค้นพบเป็นผลมาจากการสังเกตนิวเคลียสของเบริลเลียมที่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคแอลฟา จึงเป็นการแปลงไปเป็นนิวเคลียสของคาร์บอนและปลดปล่อยนิวตรอนออกมาหนึ่งตัว, Be(α,n)C หรือ (Be + α = n + C) การรวมกันของตัวปล่อยอนุภาคแอลฟาและไอโซโทปที่มีความน่าจะเป็นของปฏิกิริยานิวเคลียร์ (α,n) ขนาดใหญ่ยังคงเป็นแหล่งที่มาของนิวตรอนที่พบบ่อย

รังสีนิวตรอนจากฟิชชัน

นิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะมีการแบ่งประเภทโดยทั่วไปเป็นนิวตรอนช้า (นิวตรอนความร้อน) หรือเป็น นิวตรอนเร็ว ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน นิวตรอนความร้อนจะมีการกระจายพลังงาน (การกระจายแบบ Maxwell-Boltzmann) ที่คล้ายกับกันก๊าซที่อยู่ในภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ แต่จะถูกจับยึดได้ง่ายโดยนิวเคลียสของอะตอมและเป็นวิธีการเบื้องต้นที่องค์ประกอบทั้งหลายจะมีการกลายพันธ์ของอะตอม

เพื่อให้บรรลุปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิวชั่นที่มีประสิทธิภาพ นิวตรอนที่ถูกผลิตในระหว่างฟิชชันจะต้องถูกจับยึดโดยนิวเคลียสที่ทำฟิชชันได้ จากนั้นก็ทำการแยกนิวเคลียสออก แล้วก็ปลดปล่อยนิวตรอนมากขึ้นไปอีก ในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิชชันส่วนมาก เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะไม่ถูกกลั่นให้ดีพอที่จะสามารถที่จะดูดซับนิวตรอนเร็วที่จะยืดยาวปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันให้ดำเนินการต่อไป และเนื่องจากมีการลดลงของ ภาคตัดขวาง ของนิวตรอนพลังงานสูง ดังนั้น ตัวหน่วงนิวตรอน จะต้องถูกนำมาใช้เพื่อชะลอความเร็วของนิวตรอนเร็วลงไปที่ความเร็วของนิวตรอนความร้อนเพื่อที่จะเปิดให้มีการดูดซึมที่เพียงพอ ตัวหน่วงนิวตรอนที่พบบ่อยได้แก่ แกรไฟท์, น้ำเบา (น้ำทั่วไป), และน้ำหนัก เครื่องปฏิกรณ์ไม่กี่ตัว (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็ว) และ อาวุธนิวเคลียร์ ทั้งหมดจะต้องพึ่งพานิวตรอนเร็ว ซึ่งจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในการออกแบบและในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ องค์ประกอบของสาร เบริลเลียม จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเนื่องจากความสามารถของมันในการทำหน้าที่เป็นตัวเบี่ยงเบนนิวตรอนหรือเลนส์ มันยอมให้มีการใช้วัสดุฟิสไซล์ในปริมาณที่น้อยกว่าและเป็นเบื้องต้นของการพัฒนาทางเทคนิคที่นำไปสู่​​การสร้าง ระเบิดนิวตรอน

นิวตรอนจากรังสีคอสมิก

นิวตรอนจากรังสีคอสมิก (อังกฤษ: Cosmogenic neutrons) เป็นนิวตรอนที่ผลิตจากรังสีคอสมิกในชั้นบรรยากาศหรือพื้นผิวของโลก และพวกที่ถูกผลิตในเครื่องเร่งอนุภาคสามารถมีพลังงานที่สูงอย่างมีนัยสำคัญกว่าพวกที่พบในเครื่องปฏิกรณ์ ส่วนใหญ่ของพวกมันจะกระตุ้นนิวเคลียสก่อนที่จะถึงพื้นดิน; ไม่กี่ตัวจะทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสในอากาศ ปฏิกิริยากับ ไนโตรเจน-14 นำไปสู่การก่อตัวของ คาร์บอน-14 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน การหาอายุจากรังสีคาร์บอน

ประโยชน์

อ้างอิง

1. ต้นกำเนิดนิวตรอนแบบสปอลเลชัน, เป็นต้นกำเนิดนิวตรอนรุ่นใหม่ จัดเป็นเครื่องผลิตนิวตรอนพลังงานสูงชนิดหนึ่ง มีหลักการทำงานคือ เมื่อยิงโปรตรอนพลังงานสูง (มากกว่า 100 ล้าน อิเล็กตรอนโวลต์) เข้าไปในเป้าซึ่งเป็นธาตุหนัก เช่น แทนทาลัม ทังสเตน และยูเรเนียม จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบสปอลเลชั่น และมีการปลดปล่อยนิวตรอน พร้อมทั้งอนุภาคชนิดอื่นๆ เช่นโปรตรอน และเกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องหลั่นกันไป (cascade) ต้นกำเนิดนิวตรอนชนิดนี้ ให้นิวตรอนพลังงานเฉลี่ยประ มาณ 1 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ จำนวนประมาณ 10-30 เท่าของการยิงโปรตรอน 1 อนุภาค นิวตรอนที่ผลิตขึ้นนี้ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในงานวิจัยด้านต่างๆ ต้นกำเนิดนิวตรอนแบบ สปอลเลชันเครื่องแรกมีชื่อว่า KENSตั้งอยู่ที่สถาบัน KEK (National Laboratory for High Energy Physics) ประเทศญี่ปุ่น เริ่มใช้งานครั้งแรกในปี พ.ศ.2523 สำหรับต้นกำเนิดนิวตรอนแบบสปอลเลชัน ที่ให้นิวตรอนเข้มข้นสูงสุดในปัจจุบันคือ ISIS ของ Rutherford Appleton Laboratory ประเทศอังกฤษ เริ่มเดินเครื่องในปี พ.ศ. 2527 และให้นิวตรอนฟลักซ์เฉลี่ยประมาณ 1015นิวตรอน/ ตร.ซม.-วินาที และมีฟลักซ์สูงสุดมากกว่า 40 เท่าของฟลักซ์เฉลี่ย [พลังงาน]