中性子源

中性子源とは

中性子源とは、中性子を発生させるための装置や物質のことです。中性子は、原子核を構成する粒子の一つであり、電気的に中性であるという特徴を持っています。この中性子を発生させる方法は様々であり、それぞれに利点と欠点があります。

中性子の発生方法

1. 原子炉
原子炉では、核分裂反応によって生成された中性子を利用します。核分裂反応とは、ウランなどの重い原子核が中性子を吸収して分裂し、その際に中性子とエネルギーを放出する反応です。この連鎖反応を利用して、大量の中性子を安定的に発生させることができます。

利点: 安定して大量の中性子を発生させることができます。
欠点: 装置が大掛かりになるため、建設費や維持管理費が高額になります。

日本国内の代表的な原子炉中性子源としては、京都大学のKURや日本原子力研究開発機構のJRR-3などがあります。

2. 加速器
加速器では、陽子線や電子線などの粒子線を加速し、それをターゲットに照射することで、核反応や核破砕反応を起こして中性子を発生させます。加速器を用いることで、高エネルギーの中性子を発生させることができます。

利点: 安定して中性子を発生させることができ、高エネルギーの中性子を発生させることも可能です。
欠点: 装置が大掛かりになるため、建設費や維持管理費が高額になります。

3. 核融合反応
核融合反応では、重水素などの軽い原子核を融合させることで、中性子とエネルギーを発生させます。焦電核融合やフューザーなどの慣性静電閉じ込め核融合装置が用いられます。

利点: 比較的小型の装置で中性子を発生させることができます。
欠点: 高エネルギーの中性子の発生が困難です。

4. 放射性同位体
放射性同位体の崩壊によって放出される中性子を利用します。具体的には、（α,n）反応を利用した241Am-9Be、（γ,n）反応を利用した226Ra-9Be、自発核分裂を利用した252Cfなどがあります。

利点: 電源がなくても利用できます。
欠点: 放射性同位体の厳重な管理が必要で、遮蔽も厳重に行う必要があります。高エネルギーの中性子を発生させるのが困難です。

中性子の用途

中性子は、その特性から様々な分野で利用されています。

1. 医療
中性子捕捉療法（BNCT）という、がん治療法に用いられます。この治療法では、ホウ素を投与したがん細胞に中性子を照射することで、がん細胞を破壊します。

2. 非破壊検査
爆発物に含まれる窒素を検出するために、中性子後方散乱式爆発物探知器が使用されています。中性子を照射すると、窒素からガンマ線が放出されるため、その量を測定することで爆発物を検出できます。

3. 原子炉（核分裂炉）
原子炉の起動時には、核分裂連鎖反応を開始させるための中性子源として、252Cfなどの自発核分裂を起こす放射性同位体が用いられます。

4. 研究
様々な研究分野で中性子が利用されており、大阪大学のOKTAVIAN（オクタビアン）などの実験装置が活用されています。

5. 加速器駆動未臨界炉
加速器によって生成した中性子を未臨界炉に照射し、核分裂反応を制御する技術です。放射性廃棄物に含まれる超ウラン元素などのTRU廃棄物の消滅処理に役立てることが期待されています。

まとめ

中性子源は、中性子を発生させるための装置や物質であり、その発生方法には様々な種類があります。それぞれの方法には、利点と欠点があり、用途に応じて適切な方法が選択されます。中性子は、医療、非破壊検査、原子炉、研究など、幅広い分野で重要な役割を果たしています。

外部リンク

大阪大学強力14MeV中性子工学実験装置‐OKTAVIAN
オクタビアン(OKTAVIAN)の紹介

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