¿Qué es la detección de neutrones térmicos? Definición

Los neutrones térmicos son neutrones en equilibrio térmico con un medio circundante de temperatura 290K (17 ° C o 62 ° F). La energía más probable a 17 ° C (62 ° F) para la distribución Maxwelliana es 0.025 eV (~ 2 km / s). Esta parte del espectro de energía de neutrones constituye la parte más importante del espectro en los reactores térmicos .

Los neutrones térmicos tienen una sección transversal efectiva de absorción de neutrones diferente (y a menudo mucho más grande ) ( fisión o captura radiactiva ) para un nucleido dado que los neutrones rápidos.

En general, hay muchos principios de detección y muchos tipos de detectores. En los reactores nucleares, los detectores de ionización gaseosa son los más comunes, ya que son muy eficientes, confiables y cubren una amplia gama de flujo de neutrones. Varios tipos de detectores de ionización gaseosa constituyen el llamado  sistema de instrumentación nuclear excore (NIS) . El sistema de instrumentación nuclear excore monitorea el nivel de potencia del reactor mediante la  detección de fugas de neutrones  desde el núcleo del reactor.

Detección de neutrones usando la cámara de ionización

Las cámaras de ionización se utilizan a menudo como dispositivo de detección de partículas cargadas. Por ejemplo, si la superficie interna de la cámara de ionización está recubierta con una capa delgada de boro, la reacción (n, alfa) puede tener lugar. La mayoría de las reacciones (n, alfa) de neutrones térmicos son reacciones  10B (n, alfa) 7Li  acompañadas de 0,48 MeV 

Además, el isótopo boro-10 tiene una sección transversal de reacción alta (n, alfa) a lo largo de todo  el espectro de energía de neutrones . La partícula alfa causa ionización dentro de la cámara, y los electrones expulsados ​​causan más ionizaciones secundarias.

Otro método para detectar neutrones usando una cámara de ionización es usar el trifluoruro de boro gaseoso   (BF ₃ ) en lugar de aire en la cámara. Los neutrones entrantes producen partículas alfa cuando reaccionan con los átomos de boro en el gas detector. Cualquiera de los dos métodos puede usarse para detectar neutrones en un reactor nuclear. Cabe señalar que los  contadores BF ₃ generalmente se operan en la región proporcional.

Cámara de fisión – Detectores de amplio rango

Las cámaras de fisión  son detectores de ionización utilizados para detectar neutrones. Las cámaras de fisión pueden usarse como detectores de rango intermedio para monitorear el flujo de neutrones (potencia del reactor) al nivel de flujo intermedio. También proporcionan indicaciones, alarmas y señales de disparo del reactor. El diseño de este instrumento se elige para proporcionar una superposición entre los canales de rango de fuente y el rango completo de los instrumentos de rango de potencia.

En el caso de las cámaras de  fisión , la cámara está recubierta con una capa delgada de uranio 235 altamente enriquecido   para detectar neutrones. Los neutrones no son  directamente ionizantes  y generalmente tienen que  convertirse  en partículas cargadas antes de que puedan detectarse. A  neutrones térmicos  causará un átomo de uranio-235 a  la fisión , con los dos  fisión fragmentos  producidos que tiene una alta  energía cinética  y causando la ionización del gas argón dentro del detector. Una ventaja de usar el recubrimiento de uranio-235 en lugar de boro-10 es que los fragmentos de fisión tienen una energía mucho mayor que la partícula alfa de una reacción de boro. Por lo tanto Las cámaras de fisión  son  muy sensibles  al flujo de neutrones y esto permite que las cámaras de fisión operen en  campos gamma más altos  que una cámara de iones sin compensación con revestimiento de boro.

Láminas de activación y cables de flujo

Los neutrones pueden detectarse utilizando láminas de activación y cables de flujo . Este método se basa en la activación de neutrones, donde una muestra analizada se irradia primero con neutrones para producir radionucleidos específicos . La desintegración radiactiva de estos radionucleidos producidos es específica para cada elemento (nucleido). Cada nucleido emite los rayos gamma característicos que se miden mediante espectroscopía gamma , donde los rayos gamma detectados a una energía particular son indicativos de un radionucleido específico y determinan las concentraciones de los elementos.

Los materiales seleccionados para las láminas de activación son, por ejemplo:

• indio
• oro,
• rodio,
• hierro
• aluminio  
• niobio

Estos elementos tienen grandes secciones transversales para la captura radiactiva de neutrones . El uso de múltiples muestras absorbentes permite la caracterización del espectro de energía de neutrones. La activación también permite la recreación de una exposición histórica a neutrones. Los dosímetros de accidentes de criticidad disponibles comercialmente a menudo utilizan este método. Al medir la radioactividad de las láminas delgadas, podemos determinar la cantidad de neutrones a los que se expusieron las láminas.

Los cables de flujo pueden usarse en reactores nucleares para medir los perfiles de flujo de neutrones del reactor. Los principios son iguales. El alambre o papel de aluminio se inserta directamente en el núcleo del reactor , permanece en el núcleo durante el tiempo requerido para la activación al nivel deseado. Después de la activación, el alambre o lámina de fundente se retira rápidamente del núcleo del reactor y se cuenta la actividad. Las láminas activadas también pueden discriminar los niveles de energía al colocar una cubierta sobre la lámina para filtrar (absorber) ciertos neutrones de nivel de energía. Por ejemplo, el cadmio se usa ampliamente para absorber neutrones térmicos en filtros de neutrones térmicos.