Activarea neutronilor

Procesul de activare a neutronilor.

Procesul de activare a neutronilor constă în inducerea secundară a radioactivității în materialele supuse unui flux de neutroni și are loc atunci când nucleii atomici captează neutroni liberi , devenind astfel mai grei și trecând la o stare excitată . Nucleul excitat deseori se descompune imediat datorită emisiilor de particule precum neutroni, protoni sau particule alfa . Captarea neutronilor , chiar și după orice decădere intermediară, duce adesea la formarea unui izotop instabil. Aceste nuclee radioactive pot prezenta perioade de înjumătățire cuprinse între fracțiuni mici de secundă până la mulți ani. Un exemplu al acestui tip de reacție nucleară apare în producerea izotopului cobalt-60 din interiorul unui reactor nuclear :

59 27 Co + n → 60 27 Co

Cobalt-60 se descompune prin emisia unei particule β însoțite de raze gamma , devenind nichel-60 . Această reacție are loc cu un timp de înjumătățire de aproximativ 5,27 ani. Fenomenul este exploatat ca o sursă constantă și fiabilă de raze gamma utilizate în medicina nucleară pentru radioterapia cu cobalt-60.

În alte cazuri și în funcție de energia cinetică a neutronilor, captarea unui neutron poate provoca fisiune nucleară (divizarea nucleului atomic în doi nuclei mai mici). Dacă fisiunea necesită o alimentare cu energie, aceasta provine din energia cinetică a neutronului. Un exemplu al acestui tip de fisiune către elemente mai ușoare poate apărea atunci când singurul izotop stabil al beriliului , beriliu-9 , este bombardat cu neutroni rapizi și suferă următoarele reacții nucleare:

9 4 Fii + n → 2 ( 4 2 He ) + 2n + energie

Cu alte cuvinte, captarea unui neutron de către beriliu-9 determină divizarea acestuia în două particule nucleare alfa energetice (de heliu-4 ) și doi neutroni liberi. De fapt, orice reacție nucleară care produce beriliu-8 provoacă divizarea imediată în doi nuclei de heliu-4, deoarece nucleul de beriliu-8 este extrem de instabil.

În orice loc cu flux de neutroni ridicat , cum ar fi în interiorul nucleelor reactoarelor nucleare, activarea neutronilor contribuie la eroziunea materialelor, iar materialele care alcătuiesc reactorul pe termen lung devin deșeuri radioactive de nivel scăzut care trebuie descărcate în special moduri în locuri specifice. Unele materiale sunt mai susceptibile la activarea neutronilor decât altele, deci un material adecvat cu activare scăzută poate reduce semnificativ aceste probleme. O modalitate de a arăta că fuziunea nucleară are loc într-adevăr într-un topitor nuclear este utilizarea unui contor Geiger pentru a măsura radioactivitatea produsă într-o folie subțire de aluminiu .

Radiația rezultată dintr-o explozie nucleară se datorează parțial activării neutronice experimentate de materialele proprii ale bombei și de materialele înconjurătoare, pe lângă produsele de fisiune . Din acest motiv, explozia unei bombe termonucleare la sol, cu activarea consecutivă a solului, este mult mai „murdară” decât explozia „standard” a unei bombe de fuziune la 5-10 km altitudine.

Analiza activării neutronilor

Același subiect în detaliu: Analiza activării neutronilor .

Activarea neutronilor are, de asemenea, o altă utilizare practică. Analiza activării neutronilor este una dintre metodele cele mai sensibile (are limite scăzute de cuantificare) și specifice (puține negative negative și puține fals pozitive ) pentru căutarea oligoelementelor . Nu necesită pregătirea eșantionului sau solubilizarea acestuia și, prin urmare, poate fi aplicat obiectelor care trebuie să rămână intacte, cum ar fi operele de artă de mare valoare. Chiar dacă activarea induce radioactivitate în obiectul în cauză, nivelul său va fi de obicei scăzut și timpul său de înjumătățire scurt, astfel încât efectele sale vor dispărea în curând. În acest sens, procedura de activare a neutronilor este o metodă de analiză nedistructivă .