Reaktor badawczy - fabryka neutronów
Reaktor badawczy jest wykorzystywany przede wszystkim jako
źródło neutronów.
Zastosowanie reaktora wiąże się z zastosowaniem
neutronów.
Neutrony klasyfikuje się ze względu na ich energię na neutrony termiczne
(energie do kilkuset meV), neutrony epitermiczne (od kilkuset meV do kilkuset
keV), neutrony prędkie (energia 1÷ 2 MeV).
W zależności od energii neutrony
są wykorzystywane w produkcji izotopów, analizie aktywacyjnej, neutronografii,
radiacyjnej modyfikacji materiałów oraz w medycynie.
Izotopy produkowane w reaktorze MARIA są wykorzystywane przede wszystkim w medycynie. Sposoby otrzymywania ważniejszych izotopów:
124Xe + n ® 125Xe + g ® 125I + b+ ; 191Ir + n ® 192Ir + g ; 32S + n ® 32P + p
Analiza aktywacyjna służy do wykrywania niewielkich ilości substancji. Polega ona na naświetleniu badanej próbki strumieniem neutronów z reaktora i obserwowaniem promieniowania g emitowanego przez wzbudzone jądra atomowe. Na tej podstawie można zidentyfikować skład chemiczny badanej substancji.
Radiacyjna modyfikacja materiałów polega na
aktywacji jąder substancji neutronami z reaktora. Powstają nuklidy o tej samej
liczbie atomowej ale większej liczbie masowej charakteryzujące się innymi
własnościami fizycznymi.
Metoda te jest bardzo wydajna przy domieszkowaniu
krzemu: 30Si + n ® 31Si + g ®
31P + b-
;
Wykorzystywana jest ona także do barwienia topazów. Bezbarwne
kryształy pod wpływem neutronów zmieniają barwę na niebieskawą. Takie topazy
poszukiwane są przez przemysł jubilerski.
Neutrony wykorzystywane są także do
modyfikacji nadprzewodników wysokotemperaturowych. Np. gęstość prądu krytycznego
nadprzewodnika ceramicznego
YBa2Cu3O7-x w temp. 77 K w
polu magnetyczny 8·105 A m-1 podanego
działaniu neutronów prędkich o fluencji (strumień ´
czas) równej 1·1017 ÷ 6·1017 cm-2 rośnie z 290 A
cm-2 do 5200 A cm-2.
Reaktory jądrowe znajdują także szerokie zastosowanie w
medycynie.
Jednym z ciekawszych sposobów wykorzystania neutronów jest terapia neutronowa, np.
boronoterapia glejaka - nowotworu mózgu. Zazwyczaj umiejscowiony jest on głęboko
w czaszce, co uniemożliwia prowadzenie tradycyjnych metod leczenia: usunięcie
guza lub radioteriapia. Terapia polega na podaniu
pacjentowi boru, w taki sposób, aby kumulował się on w nowotworze. Następnie ten
obszar mózgu jest naświetlany strumieniem neutronów.
Bor
zgromadzony w nowotworze bardzo silnie pochłania neutrony, zachodzi reakcja:
10B + n ®
7Li + a
+ g + Q ,
której produkty doprowadzają do rozpadu komórek nowotworowych.
Powyższą
reakcję wywołać mogą jedynie neutrony termiczne. Warunkiem koniecznym
przeprowadzenia terapii jest więc taki dobór energii neutronów, aby podczas
ich przechodzenia przez tkanki, zaszła ich
termalizacja.
Obecnie trwają prace nad przystosowaniem reaktora MARIA do przeprowadzania takich zabiegów.