Im normalen radioaktiven Zerfall treten keine freien Neutronen auf. Freie Neutronen müssen daher in Kernreaktionen erzeugt werden. Hierfür gibt es zahlreiche Möglichkeiten:

Radioaktive Neutronenquellen

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Verwendung finden radioaktive Alphastrahler und leichte Nuklide mit kleiner Kernladungszahl als Target. Günstig sind Deuterium und Beryllium. Gebräuchlich sind daher Alpha-Beryllium-Quellen (ein Gemisch aus typischerweise Radium, Polonium oder Americium und Beryllium), das über die Reaktion

$\{4\; \backslash atop\; 2\}\backslash mathrm\{He\}+\{9\; \backslash atop\; 4\}\backslash mathrm\{Be\}\backslash quad\backslash rightarrow\; \backslash quad\; \{13\; \backslash atop\; 6\}\backslash mathrm\{C\}^*\; \backslash rightarrow\backslash quad\{12\; \backslash atop\; 6\}\backslash mathrm\{C\}+\{1\; \backslash atop\; 0\}\backslash mathrm\{n\}+\backslash gamma$

über hochangeregtes 13C Neutronen erzeugt, die allerdings in der Energie variieren; Nachteil: hoher Gammauntergrund! Solche Quellen wurden vor allem in der Anfangsphase der Kernphysik genutzt. Heute verwendet man sie zur Eichung von Neutronendetektoren, zur Aktivierung mit Neutronen sowie bei Sicherheitsuntersuchungen.

Nachdem an Hochfluss-Reaktoren ausgehend vom Isotop ²³⁸U Transurane hergestellt werden konnten, haben sich Plutonium-Beryllium-Quellen als Neutronenquellen etabliert. Das 239Pu emittiert ein Alphateilchen, das vom Beryllium eingefangen wird. Für die Quelle wird eine Legierung von Plutonium und Beryllium verwendet. Auch mit Americium (241Am) ist eine Neutronenquelle möglich.

Spontanspaltungs-Neutronenquellen

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Auch hier werden mit einem Hochflussreaktor Nuklide hergestellt, die einer spontanen Spaltung unterliegen, zum Beispiel Californium ²⁵²Cf mit einer Halbwertszeit von 2,65 Jahren. Im Mittel werden 3 Neutronen je Spaltprozess abgegeben. Das Energiespektrum dieser Neutronen ist nahezu gleich dem aus der induzierten Kernspaltung.

Erzeugung freier Neutronen mit Teilchenbeschleunigern

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Grundsätzlich kann bei jeder Kernreaktion, bei der genügend Energie zur Verfügung steht, mit der Emission von Neutronen gerechnet werden. Die erzielbaren Intensitäten sind größer als die radioaktiver Quellen; außerdem lassen sich durch geeignete Wahl der Reaktionen die Neutronenenergien variieren sowie teilweise monoenergetische Neutronen erzeugen. Eine Pulsung des Beschleunigerstrahls erlaubt Flugzeitmessungen (Energiebestimmung der Neutronen möglich). Mögliche Reaktionen und Beispiele sind

(p,n)-Reaktionen: 7Li + p $\backslash rightarrow$ 7Be + n

(d,n)-Reaktionen: 2H + 2H $\backslash rightarrow$ 3He + n (sog. dd-Reaktion); 2H + 3H $\backslash rightarrow$ 4He + n (sog. dt-Reaktion)

($\backslash alpha$,n)-Reaktionen: Alle Reaktionen der radioaktiven Quellen sind auch mit Alphateilchen aus einem Beschleuniger möglich.

Neutronenfreisetzung durch Bremsstrahlung und bei Schwerionen-Reaktionen

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Werden Elektronen auf einige 100 MeV beschleunigt, so erzeugen sie beim Auftreffen auf ein Target Bremsstrahlung. Diese hat Energien, die größer als die Bindungsenergien der Neutronen in den Targetkernen ist. Neutronen werden dann über die Reaktion (gamma,n), den Kernphotoeffekt, freigesetzt. Bei schweren Kernen ist auch Photospaltung möglich mit anschließender Neutronenemission.

Bei Schwerionenreaktionen (beispielsweise bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI in Darmstadt) werden hochangeregte schwere Kerne gebildet, die Neutronen und Gammastrahlung abgeben.

Kernreaktoren als Neutronenquellen

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Bei der Kernspaltung entstehen schnelle freie Neutronen, die durch Moderierung zu thermischen Neutronen werden können.

Spallations-Neutronenquellen

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Als Spallation bezeichnet man eine Kernreaktion, bei der hochenergetische Teilchen (Beispiel: Protonen von 500 MeV) einen Kern treffen, aus ihm zunächst ein oder mehrere Nukleonen heraussschlagen und zusätzlich den Kern aufheizen. Als Folge dieser Aufheizung "verdampfen" aus dem Kern weitere Nukleonen. Vorteil gegenüber einem Reaktor: abschaltbar; weniger radioaktiver Abfall.

Pyroelektrische Fusion

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Bei der Pyroelektrischen Fusion wird mithilfe pyroelektrischer Kristalle eine kalte Fusion erreicht, die Neutronen liefert. Diese Methode ist zwar als Energiequelle ungeeignet, aber als preisgünstige und transportable Neutronenquelle geeignet.

Siehe auch: Pyroelektrische Fusion in der englischen Wikipedia

Farnsworth-Hirsch-Fusor

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Der Farnsworth-Hirsch-Fusor ist eine Kernfusionsanlage, die ebenfalls nicht der Energieerzeugung, sondern der Neutronenerzeugung dient.

Kernphysik