Euroopa Neutronkiirguse Allikas

Neutronkiirgus on vabade neutronite voog, mis tekib tuumalagunemise või tuumasünteesi (tekke) protsessi käigus ja reageerib ettejäävate tuumadega, moodustades uusi isotoope, mis omakorda võivad  kiirgust tekitada.

Neutronkiirgusega saab uurida üliväikeses mõõtkavas ainete ehitust (struktuuri)– objektilt väjunud neuronite energiate ja liikumissuundade  järgi tehakse kindlaks mõõdetava objekti sisestruktuur (kasutatakse kristallograafias, vedelate- ja tahkete ainete füüsikas, bioloogias, tahkiste keemias, materjaliteaduses, geoloogias, mineraloogias jne), Neutronitega  saab ka pildistada  nii kahe- kui kolmemõõtmeliselt (kasutatakse tuumaelektrijaamade juures, kosmosetööstuses ja kõrge töökindlusega lõhkeainete tootmisel).

Juuresolevalt pildilt on näha röntgenkiirguse ja neutronkiirgusega pildistatud püssikuul. Pildilt on näha, et nii neutronkiirgusega kui röntgenkiirgusega saab nähtavaks mõõdetava objekti sisemus, aga pilt on märgatavalt erinev. Nimelt neeldub röntgenkiirgus aatomite siseelektronkihtides, mistõttu raskemad aatomid on pildil paremini näha. Seevastu neutronid kui laenguta tuumaosakesed ei tunne (vastasmõju mõttes) elektrone üldse ja mõjustuvad ainult tuumadega. Erinevatel aatomituumadel on väga suurtes piirides muutuvad mõjustumise (neutronhajumise) tegurid (koefitsiendid), mistõttu on võimalik kindlaks teha elementkoostist ja näha pildil just kergemaid aatomituumi, nagu püssirohu koostises olevad süsinik, lämmastik ja hapnik.

Neutronkiirguse allikad, mis sobivad taoliseks pildistamiseks, on väga suured ja hõlmavad tihti terve jalgpalliväljaku suuruse ala. Aastaks 2025 ehitatakse Rootsi maailma kõige võimsam neutronkiirguse allikas, mis võimaldab teadlastel neutronitega pildistada väga kiiretes sündmustes (protsessides) toimuvaid muutusi – näiteks vaadata töötava mootori sees küttesegu põlemise etappe – ning väga väikeses mõõtkavas teha kindlaks aine ehitus. Seda teaduskeskust nimetatakse Euroopa Neutronkiirguse Allikaks (European Spallation Source - ESS).

Neutronkiirgus, millega uuritavaid objekte pildistatakse, tekitatakse järgnevalt. Kõigepealt kiirendatakse vesiniku aatomi tuumad ehk prootonid 400 meetri pikkuses tunnelis kiiruseni, mis moodustab ligi 96% valguse kiirusest, ning siis suunatakse need suure pöörleva volframist kettani. Selle ketta sees põrkub prooton volframi aatomiga ja see aatom laguneb kaheks tükiks - lõhestub. Kuna tekkivad väiksemad aatomituumad ei vaja koospüsimiseks enam nii palju neutroneid, siis lendab (kiirgub) iga lõhestumisega paarkümmend neutronid igas suunas laiali. Need ülikiired neutronid läbivad veepaagi (ja ka vedela vesiniku paagi kui vaja), kus need igal põrkel vee molekulidega osa energiast ära annavad kuni nende kiirus vastab vee temperatuurile. Edasi suunatakse saadud aeglased neutronid erinevatesse mõõteseadmetesse, kus neutronitega saab uuritavatest objektidest teha erinevat tüüpi pilte . Uuritava objekti sees põrkuvad neutronid aatomitega ning kas neelduvad või hajuvad erinevates suundades laiali. Objektist väjunud  neutronite energiaid ja liikumissuundi mõõtes saab eriliste arvutiprogrammide abil kindlaks teha uuritava objekti aatomite asukohad ja liikumised . Neutronite registreerimine  käib samuti tuumareaktsioonide ja nendega kaasneva energiavahetuse arvel.

Tähelepanu! Neutronkiirgus on inimesele ja teistele elusorganismidel äärmiselt ohtlik, kuna muudab keemiliste elementide tuumasid, millesse neutronid tungivad.