Образует ли нейтронное излучение облака?

Тепловые нейтроны захватываются водородом и углеродом с приемлемыми (т.е. не большими, но значительными) поперечными сечениями (это методы обнаружения задержанных событий большинства антинейтринных детекторов на органических жидких сцинтилляторах, т.е. гадолиний).

Таким образом, хотя «облако» — то есть локализованный диффузный газ — нейтронов может образоваться вблизи сильного источника (размер облака зависит от того, насколько далеко они уходят при термализации), их рассеяние определяется их средним значением. время захвата, а не их период полураспада.

Признание: Здесь я предполагаю, что среднее время захвата значительно короче, чем период полураспада, но я не измерял его в условиях «около лаборатории». В органическом жидком сцинтилляторе время захвата порядка$200\text{ }\mu\text{s}$, но в воздухе намного меньше водорода и углерода. Обратите внимание, что нейтроны также попадают в землю, здание, близлежащие транспортные средства и прохожих (если таковые имеются), где они могут найти объекты для взаимодействия.

В моей аспирантуре у нас был 2 Кюри (т.е. огромный ) источник AmBe. Хранилище источника регистрировало необычно высокий фон на измерительном приборе в течение нескольких минут после того, как оно было возвращено из бака-замедлителя в экранированный сосуд, так что это может быть грубой мерой временной шкалы. Это говорит и о силе радиационного поля: в несколько раз выше уровня фона в подвале.

Методология экранирования сильных источников нейтронов обычно включает большое количество бора в различных слоях, чтобы помочь поглощать поток тепловых нейтронов; не случайно это означает, что большая часть гамма-излучения захвата генерируется внутри экрана. Борированные пластмассы распространены так же, как и борированные бетоны. В наши дни гадолиний достаточно дешев, и я полагаю, что мы начнем использовать его в конструкции экранов. Хранилище источника в аспирантуре было построено из борированного шлакоблока — двух слоев с метровым воздушным зазором между ними.

Еще одна не очень количественная история, которая может пролить свет на это.

Я дружил с одним из парней из отдела радиационной безопасности JLAB. Часть его работы заключалась в наблюдении за уровнем радиации на ограждении охраняемой зоны с ускорителями, экспериментальными залами и т. д. В основном они просто устанавливали детекторы общего назначения и сравнивали результаты с фоновыми показаниями поблизости, но вначале они построили более сложный детектор, чтобы понять различные вклады в дозу (вероятно, пытаясь настроить свой Монте-Карлос, эти ребята действительно хороши в моделировании). Он рассказал мне две интересные вещи

• Если бы они запускали ускоритель при высоком токе и большом рабочем цикле, они могли бы примерно удвоить дозу на заборе (т.е. доза, связанная с ускорителем, была такой же большой, как фон у забора).
• Нейтронное сияние неба внесло наибольший вклад. Sky-shine означает, что нейтроны выбирались через слабоэкранированные крыши залов (всего 50 см бетона и 2 метра утрамбованной земли), а их детекторы видели излучение от захватов/распадов, которые происходили над ними.

Забор находился примерно в 40 метрах от балочных отвалов.

Если бы существовал какой-то материал, который мог бы удерживать газ с тепловыми нейтронами в течение значительной части времени жизни нейтрона, вы могли бы построить «бутылки» из этого материала, наполнить их нейтронами и наблюдать за распадом, чтобы измерить время жизни нейтрона.

И на самом деле это возможно --- но только для так называемых "ультрахолодных нейтронов", имеющих кинетическую энергию ниже 100 наноэВ, а не для тепловых нейтронов с кинетической энергией в миллиэВ. Современный уровень техники для бутылей для хранения УХН - это совокупный срок службы из-за распадов нейтронов и потерь на стенках около 400 секунд. Эти бутылки UCN, как правило, имеют размер от руки до размера человека. На самом деле нет никакого смысла делать их намного больше: вы можете показать переводом единиц, что 100 нэВ - это кинетическая энергия, потерянная нейтроном, поднимающимся примерно на метр над поверхностью Земли ($U=mgh$), поэтому бутылка с UCN размером с человека не нуждается в крышке. (Бутылка с открытым верхом, построенная Серебровым и сотрудниками ПИЯФ, получила название «Гравитрап».)

Для свободных тепловых нейтронов в воздухе, движущихся со скоростью несколько метров в миллисекунду, средний свободный пробег между рассеяниями (в основном от водяного пара) составляет много метров. Идея облака нейтронов, задерживающегося в комнате, коридоре или вдоль железнодорожных путей в течение нескольких минут после того, как их источник удален, как облака дыма, не совсем правдоподобна.

При посещении исследовательского ядерного реактора я видел несколько трубок для нейтронов, они называются нейтронными каналами. Они были несколько метров в длину. Так что да, нейтронный газ можно сдержать до некоторой степени.