Source de neutrons

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Unesource de neutronsest un équipement qui émet desneutrons.Il existe une grande variété de sources qui vont des sources radioactives portables auxréacteurs nucléairesou aux sources despallation.Suivant l'énergie et le flux des neutrons, la taille de la source, les coûts et la réglementation, ces équipements peuvent être trouvés dans des domaines aussi variés que la physique, l’ingénierie, la médecine, l'armement nucléaire, l'exploration pétrolière, la biologie, la chimie et l'industrie nucléaire.

Cependant, la réalisation et l'utilisation d'une source de neutrons sont des activités complexes et dangereuses, les neutrons produits étant par nature fortement pénétrants dans la matière et donc ionisants.

Type de sources

Sources de petite dimension

Sources Alpha -béryllium

Mélange chimique intime d'un corps émetteur Alpha et de béryllium de façon à exploiter la réaction:

{}_{2}^{4}\ Alpha \;+\;{}_{4}^{9}{\hbox{Be}}\;\to \;n\;+\;{}_{6}^{12}{\hbox{C}}\;

Le mélange doit être intime car les particules Alpha électriquement chargées sont rapidement arrêtées dans la matière.

Les émetteurs Alpha utilisés peuvent être: radium, polonium, plutonium ou américium (l'américium représente un bon compromis pour les sources en réacteurs)

Une source de ce type une fois le mélange chimique réalisé présente l'avantage d'un fonctionnement passif mais qui ne peut matériellement être interrompu. Son intensité est dépendante directement de l'activité Alpha dunucléideémetteur utilisé. Sa durée de vie est gouvernée en pratique par celle de l'émetteur Alpha utilisé.

Ce type de source est d'usage classique pour les sources (dites "primaires" ) de réveil^{[Note 1]}des réacteurs. Dans cette application:

l'émetteur Alpha utilisé doit ne pas être fissile sauf à conduire à une détérioration de la source
une faible production complémentaire de neutrons est produite en fonctionnement à partir des neutrons et gammas de fission par les deux réactionsendothermiquessuivantes sur le béryllium de la source
- $\;n\;+\;{}_{4}^{9}{\hbox{Be}}\;\to \;2*n\;+\;2~*\;{}_{2}^{4}\ Alpha \;-\;1,57{\mbox{MeV}}$
- $\;\gamma \;+\;{}_{4}^{9}{\hbox{Be}}\;\to \;n\;+\;2\;*\;{}_{2}^{4}\ Alpha \;-\;2,0{\hbox{MeV}}~\scriptstyle {\mathsf {environ}}\;$

L'énergie des neutrons produits est dans tous les cas très inférieure à celle de l'Alphagénérateur (variable de 3 à 6 MeV pour la majorité des émetteurs Alpha ) sachant qu'une partie de l'énergie est communiquée au carbone produit sous forme d'énergie cinétique^{[Note 2]}.

Sources gamma-béryllium

Mélange d'un émetteur gamma de forte énergie^{[Note 3]}et de béryllium qui présente une grandesection efficaceaux réactions (γ, n) - par exemple le mélangeantimoine-bérylliumpermet de réaliser une source dite "secondaire" de neutrons ou modérer la perte d’efficacité de la source primaire.

Au démarrage du réacteur l'antimoine 123 irradié par leflux neutroniqueforme de l'antimoine 124 émetteur gamma (période: 60,20 jours - énergie: 2,905 MeV) générant la production de neutrons par réaction (γ, n). À moyen terme après arrêt du réacteur la source s'arrête d'elle-même par disparition progressive de l'antimoine 124.

La réaction: $\;\gamma \;+\;{}_{4}^{9}{\hbox{Be}}\;\to \;n\;+\;2\;*\;{}_{2}^{4}\ Alpha \;-\;2,0{\hbox{MeV}}~\scriptstyle {\mathsf {environ}}\quad.$ est endothermique donc l'énergie des neutrons produits est assez faible^{[Note 2]}.

Sources parfissions spontanées

Lecalifornium 252est le siège d'un nombre suffisant defissions spontanéespour qu'il soit possible de l'utiliser comme source de neutrons. Les neutrons produits ont une énergie dans la gamme des neutrons de fission soit 2 MeV.

Sources de dimension moyenne

Plasma focus et lesmachines à striction: la source de neutrons produit unefusion nucléairecontrôlée par la création d'unplasmadense dans lequel ledeutériumionisé ou letritiumsont suffisamment chauffés pour créer la fusion (voir aussifocalisateur de plasma dense).

Accélérateur de particules: en accélérant des particules légères telles que l'hydrogène,le deutérium ou le tritium pour les faire entrer en collision avec des cibles de deutérium, tritium,lithium,bérylliumet autres matériaux avec un petitnuméro atomiqueZ, les accélérateurs de particules peuvent être une source de neutrons. Généralement, ces accélérateurs fonctionnent avec des énergies supérieures au1MeV.

Sources de grande dimension

Réacteurs de fission nucléaire: Lafission nucléaireproduit une importante quantité de neutrons. Dans lesréacteurs nucléairesdestinés à produire de l'énergie, les neutrons ne sont plus ou moins qu'un produit inévitable de la fission à l'inverse desréacteurs destinés à la recherchequi servent à la production de neutrons libres.

Systèmes de fusion nucléaire: Lafusion nucléaired'isotopes lourds de l'hydrogène permet la production de grandes quantités de neutrons sans que pour autant le bilan neutronique d'ITERpermettant la régénération dutritiumà partir dulithiumnécessaire au fonctionnement en continu de réacteurs à fusion soit établi^[1].

Accélérateurs de particules: Laspallationprovoquée par le bombardement d'une cible par desprotonsou denucléonsissus d'unaccélérateur de particulesde haute énergie est une source de neutrons.

Notes et références

Notes

↑Pour son fonctionnement sur un réacteur requiert le maintien d'un "niveau source" de neutrons capable d'activer les moyens de surveillance et contrôle
↑^aetbDans bon nombre de réacteurs on cherche précisément à ralentir les neutrons au niveau thermique (soit 0,05 eV; on dit bieneV non point MeV ou keV); donc le fait que les sources Alpha -béryllium et gamma béryllium émettent des neutrons de basse énergie n'est pas une gêne
↑Les réactions produisant des photo-neutrons sont endothermiques

Références

↑«NSD-Fusion»^{(Archive.org•Wikiwix•Archive.is•Google•Que faire?)}

(en)Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé«Neutron source»(voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

[1] Pour son fonctionnement sur un réacteur requiert le maintien d'un "niveau source" de neutrons capable d'activer les moyens de surveillance et contrôle

[NRJ-2] tbDans bon nombre de réacteurs on cherche précisément à ralentir les neutrons au niveau thermique (soit 0,05 eV; on dit bieneV non point MeV ou keV); donc le fait que les sources Alpha -béryllium et gamma béryllium émettent des neutrons de basse énergie n'est pas une gêne

[3] Les réactions produisant des photo-neutrons sont endothermiques

[4] «NSD-Fusion»^{(Archive.org•Wikiwix•Archive.is•Google•Que faire?)}

[Note 1]

[Note 2]

[Note 3]

[1]