Генерирует ли РИТЭГ Curiosity нейтроны, как предполагает эта веб-страница системы обнаружения рентгеновского излучения CheMin НАСА? Если да, то как?

CheMin для ученых mars.nasa.gov (находится здесь ) говорит (примерно на полпути):

Обнаружение рентгеновских фотонов с помощью ПЗС

CheMin будет использовать формирователь изображения с передачей кадров E2V CCD-224 600 × 600, работающий с областью сбора данных 600 × 582. Размер пикселей в массиве 40 × 40 мкм2, толщина активной области из глубоко обедненного кремния 50 мкм. Пассивирующий слой передней поверхности утончается на значительной части площади активного пикселя. Этот имидж-сканер представляет собой современную версию E2V CCD-22, специально созданную для применения в рентгеновской астрономии. Большой размер отдельных пикселей приводит к тому, что больший процент рентгеновских фотонов рассеивает свой заряд внутри одного пикселя, а не распределяет заряд между пикселями. Расширенная глубокая зона истощения приводит к повышению эффективности сбора заряда для рентгеновских лучей высокой энергии. Тонкий пассивирующий слой делает ПЗС чувствительной к относительно низкоэнергетическому рентгеновскому излучению.

Чтобы во время анализа ПЗС не подвергалась воздействию фотонов в видимом диапазоне энергий (из-за индуцированной рентгеновским излучением оптической флуоресценции), перед детектором помещается алюминиевая пленка толщиной 150 нм, нанесенная на полиимидную пленку с сопротивлением ~ 2000 Ангстрем.Сам детектор охлаждается до заданной температуры минус 60°C, но фактическая температура ПЗС будет зависеть от температуры верхней поверхности корпуса ровера. За счет охлаждения ПЗС устраняется темновой ток и уменьшаются последствия повреждения решетки кремния нейтронами от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ) и научного прибора ДАН. Если температура для анализа не достигает минус 60°C, темновой ток будет увеличиваться, и нейтронное повреждение ПЗС начнет отрицательно сказываться на эффективности переноса заряда (CTE), что приведет к более высокому фоновому счету и увеличению полной ширины наполовину максимума (FWHM). ) в рентгеновских пиках.

Российский «научный прибор ДАН» или « Динамическое альбедо нейтронов» генерирует нейтроны и освещает ими марсианскую поверхность, поэтому опасения по поводу повреждения кристалла относительно толстого активного объема ПЗС неудивительны:

Прибор Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) — это эксперимент, установленный на марсоходе Curiosity Марсианской научной лаборатории. Это импульсный источник нейтронов с герметичной трубкой и детектор, используемый для измерения содержания водорода, льда и воды на поверхности Марса или вблизи нее. Прибор состоит из детекторного элемента (ДЭ) и генератора импульсных нейтронов (ИНГ) с энергией 14,1 МэВ. Время затухания нейтронов измеряется ДЭ после каждого нейтронного импульса от ИНГ. ДАН был предоставлен Федеральным космическим агентством России, финансируется Россией и находится под руководством главного исследователя Игоря Митрофанова.

Но я никогда раньше не слышал о нейтронах от РИТЭГов.

У Curiosity есть MMRTG; Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор на основе 238Pu. По плутонию-238; Кардиостимуляторы с ядерным двигателем, которые мы использовали, чтобы поместить 238Pu внутрь людей для питания живительных кардиостимуляторов, поэтому он не может быть сильным источником нейтронов, и вся идея состоит в том, что альфа-частицы очень малого радиуса действия останавливаются внутри самого материала, термализуясь, делая его достаточно безрадиационный источник, который можно держать рядом с космонавтами и чувствительной электроникой .

Нейтроны могут возникать как в результате ядерного деления , так и в результате испускания бета-запаздывающих нейтронов: ( 1 , 2 , 3 , 4 ).

Вопрос: Генерирует ли РИТЭГ Curiosity нейтроны, как предполагает эта веб-страница системы обнаружения рентгеновского излучения CheMin НАСА? Если да, то откуда берутся нейтроны, поскольку 238Pu распадается с испусканием альфа-частиц?

Pu-238 очищается от других изотопов Pu только "максимальным усилием". Pu-239, вероятно, присутствует в больших количествах.

Ответы (1)

Существует два основных источника нейтронов, образующихся в 238 п ты РИТЭГи на базе:

  • 238 п ты в основном распадается с испусканием α-частицы, но есть 10 8 вероятность спонтанного деления с образованием всевозможных беспорядочных продуктов, включая нейтроны.
  • Топливом РИТЭГов является не чистый плутоний, а п ты О 2 используется потому, что он более стабилен (в химическом смысле). α-частицы могут взаимодействовать с кислородом и выбрасывать нейтроны из его ядра.

Взаимодействие α-частиц с легкими ядрами дает около 90 % полного испускания нейтронов, т.е. 10 7 первичного альфа-излучения. Тем не менее, этот низкий относительный уровень приводит к значительному количеству радиации: Perseverance использует 4,8 кг топлива с активностью 5 10 11 / г / с , в результате чего 10 9 суммарно нейтронов в секунду.

@fraxinus упомянул примеси. Действительно, 239 п ты содержится в значительном количестве (кажется, 10-15%). К счастью, он также испускает альфа-частицы, но с меньшей скоростью из-за более длительного срока службы.

основной источник:
РАДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА 238Pu, ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ДЛЯ ИЗОТОПНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ, Дин Х. Стоддард и Эдвард Л. Альтенезиус, 1965 г.

(Я уверен, что вы это знаете, но для пользы других читателей), 238 п ты производится нейтронным облучением 237 Н п , так что некоторые 239 п ты неизбежно. И попытаться разделить их гораздо труднее, чем разделить 235 U & 238 U .
Не стоит забывать и об активности дочерних ядер.
@JonCuster - это не так уж плохо. Первые несколько продуктов также подвергаются альфа-распаду и имеют длительный период полураспада. Вам нужно спуститься к 214 п б чтобы произошел бета-распад.
Оба 234 Ты из 238 Пу) и 235 U (от примеси 239 Pu или поглощение нейтронов 234 U) имеют пути спонтанного распада, дающие нейтроны, которые здесь могут представлять интерес.
@JonCuster Это 10 11 вероятность сверх периода полураспада в миллион лет. Это на 8 порядков ниже исходного деления 238 п ты и поэтому ничтожно мало.
@asdfex - действительно. Просто я видел слишком много раз, когда люди забывают деятельность дочери продукта.