O que é detecção de nêutrons térmicos – Definição

Nêutrons térmicos são nêutrons em equilíbrio térmico com um meio ambiente de temperatura 290K (17 ° C ou 62 ° F). A energia mais provável a 17 ° C (62 ° F) para a distribuição Maxwelliana é de 0,025 eV (~ 2 km / s). Essa parte do espectro de energia dos nêutrons constitui a parte mais importante do espectro em reatores térmicos .

Os nêutrons térmicos têm uma seção transversal de absorção de nêutrons eficaz diferente e muitas vezes muito maior ( fissão ou captura radiativa ) para um determinado nuclídeo do que os nêutrons rápidos.

Em geral, existem muitos princípios de detecção e muitos tipos de detectores. Nos reatores nucleares, os detectores de ionização gasosa são os mais comuns, pois são muito eficientes, confiáveis ​​e cobrem uma ampla gama de fluxos de nêutrons. Vários tipos de detectores de ionização gasosa constituem o chamado  sistema de instrumentação nuclear excore (NIS) . O sistema de instrumentação nuclear excore monitora o nível de potência do reator,  detectando vazamentos de nêutrons  do núcleo do reator.

Detecção de nêutrons usando câmara de ionização

Câmaras de ionização são frequentemente usadas como dispositivo de detecção de partículas carregadas. Por exemplo, se a superfície interna da câmara de ionização for revestida com uma fina camada de boro, a reação (n, alfa) poderá ocorrer. A maioria das reações (n, alfa) dos nêutrons térmicos são reações  10B (n, alfa) 7Li  acompanhadas por 0,48 MeV 

Além disso, o isótopo boro-10 possui uma alta seção transversal da reação (n, alfa) ao longo de todo  o espectro de energia de nêutrons . A partícula alfa causa ionização dentro da câmara e elétrons ejetados causam ionizações secundárias adicionais.

Outro método para detectar nêutrons usando uma câmara de ionização é usar o trifluoreto de boro gasoso   (BF ₃ ) em vez do ar na câmara. Os nêutrons recebidos produzem partículas alfa quando reagem com os átomos de boro no gás detector. Qualquer um dos métodos pode ser usado para detectar nêutrons no reator nuclear. Deve-se notar que os  contadores BF ₃ geralmente são operados na região proporcional.

Câmara de fissão – detectores de ampla faixa

As câmaras de fissão  são detectores de ionização usados ​​para detectar nêutrons. As câmaras de fissão podem ser usadas como detectores de faixa intermediária para monitorar o fluxo de nêutrons (potência do reator) no nível do fluxo intermediário. Eles também fornecem indicação, alarmes e sinais de disparo do reator. O design deste instrumento é escolhido para fornecer sobreposição entre os canais da faixa da fonte e a amplitude total dos instrumentos da faixa de potência.

No caso de câmaras de  fissão , a câmara é revestida com uma fina camada de urânio-235 altamente enriquecido   para detectar nêutrons. Os nêutrons  não ionizam diretamente  e geralmente precisam ser  convertidos  em partículas carregadas antes de serem detectadas. Um  nêutron térmico  causará a fissão de um átomo de urânio-235  , com os dois  fragmentos de fissão  produzidos com alta  energia cinética  e causando ionização do gás argônio no detector. Uma vantagem do uso de revestimento de urânio-235 em vez do boro-10 é que os fragmentos de fissão têm uma energia muito maior do que a partícula alfa de uma reação de boro. Portanto As câmaras de fissão  são  muito sensíveis  ao fluxo de nêutrons e isso permite que as câmaras de fissão operem em  campos gama mais altos do  que uma câmara de íons descompensada com revestimento de boro.

Folhas de ativação e fios de fluxo

Os nêutrons podem ser detectados usando folhas de ativação e fios de fluxo . Este método é baseado na ativação de nêutrons, onde uma amostra analisada é primeiro irradiada com nêutrons para produzir radionuclídeos específicos . O decaimento radioativo desses radionuclídeos produzidos é específico para cada elemento (nuclídeo). Cada nuclídeo emite os raios gama característicos que são medidos usando espectroscopia gama , onde os raios gama detectados em uma energia específica são indicativos de um radionuclídeo específico e determinam as concentrações dos elementos.

Os materiais selecionados para folhas de ativação são, por exemplo:

• índio,
• ouro,
• ródio,
• ferro
• alumínio  
• nióbio

Esses elementos têm grandes seções transversais para a captura radiativa de nêutrons . O uso de múltiplas amostras de absorvedores permite a caracterização do espectro de energia de nêutrons. A ativação também permite a recreação de uma exposição histórica a nêutrons. Os dosímetros de acidentes por criticidade comercialmente disponíveis geralmente utilizam esse método. Medindo a radioatividade de folhas finas, podemos determinar a quantidade de nêutrons a que as folhas foram expostas.

Os fios de fluxo podem ser usados ​​em reatores nucleares para medir os perfis de fluxo de nêutrons do reator. Princípios são os mesmos. O fio ou a folha é inserido diretamente no núcleo do reator , permanece no núcleo pelo período de tempo necessário para a ativação até o nível desejado. Após a ativação, o fio ou a película de fluxo é rapidamente removido do núcleo do reator e a atividade é contada. As folhas ativadas também podem discriminar os níveis de energia, colocando uma cobertura sobre a folha para filtrar (absorver) certos nêutrons do nível de energia. Por exemplo, o cádmio é amplamente usado para absorver nêutrons térmicos em filtros de nêutrons térmicos.