中性子ビームとは？

中性子ビームは中性子の流れであり、電荷を持たない亜原子粒子であり、陽電荷を持つ陽子とともに、陽子のみを持つ最も一般的な形の水素を除くすべての化学元素の核内で発見されます。 中性子は核内では安定していますが、自由中性子は陽子、電子、および電子反ニュートリノと呼ばれる別の粒子に崩壊します。 隔離された中性子の半減期は10分強です。つまり、この期間の後、所定のサンプルの中性子の半分が崩壊します。 自由中性子は、例えば原子炉内の核分裂によって生成され、粒子加速器で生成されます。 中性子ビームは、材料科学、医学、セキュリティにおいて多くの重要な用途を持っています。

中性子ビームは通常、中性子発生器を使用して生成されます。中性子発生器は、重水素またはトリチウムを含むターゲットに重水素またはトリチウムイオンを発射する粒子加速器です。 重水素とトリチウムは、それぞれ1つと2つの中性子を含む水素の同位体です。 重水素とトリチウムの融合により中性子が生成され、中性子ビームに集束できます。 このタイプの中性子発生器は、比較的小型でポータブルです。

放射線のほとんどの形態は原子核を取り巻く電子雲と相互作用しますが、中性子は電気的に中性であり、電磁放射線の形態ではありませんが、原子全体に対して非常に小さい核とのみ相互作用します。 したがって、中性子ビームは非常に透過性が高く、材料サンプル内の原子核の位置を示すことができます。 X線とは異なり、中性子ビームは鉛などの重金属を容易に透過できますが、水素や炭素などの軽元素とも相互作用します。 量子理論によれば、すべての亜原子粒子は波として振る舞うことができるため、中性子には波長があります。 これにより、中性子ビームを微調整できます。 ビームの波長とエネルギーの両方を調整して、特定の材料を検出できます。

中性子ビームの特殊な特性は、特にX線が効果的でない状況で使用できる代替イメージング技術として、幅広い用途を生み出しています。 それらは、金属コンポーネントの亀裂や空洞の検出など、材料の内部構造の検査や、化合物の原子および分子構造の決定に使用できます。 軽い元素を検出し、重い元素を通過させる能力により、中性子ビームをセキュリティチェックに使用できます。 たとえば、隠された爆発物や放射性物質を検出できます。 中性子ビームには、重要な医療用途もあります。最も顕著なのは、ある種の癌の治療です。 中性子放射線療法は、従来の放射線療法治療に耐性のある腫瘍を破壊する可能性があります。