Neutronkiirgus

Neutronkiirgus on radioaktiivse kiirguse liik, mille puhul tuumalagunemise (või tuumalõhustumise) tagajärjel kiiratakse vabu neutroneid. Neutronkiirgus on kaudselt ioniseeriv kiirgus.

Neutronkiirguse allikad
Neutroneid eraldub tavaliselt tuumareaktsioonide, sealhulgas  tuumaühinemise ja tuumalõhustumise käigus. Samuti eraldub neutroneid suure energiaga osakeste kokkupõrkel aatomituumadega näiteks elementaarosakeste kiirendis või kosmilise kiirguse sisenemisel maa atmosfääri.

Neutronkiirgus avastati berülliumi kiiritamisel alfaosakestega, mille tulemusena tekkis süsinik ja eraldus vaba neutron.

Kiired ja aeglased neutronid
Sõltuvalt vabade neutronite liikumise kiirusest jagatakse neid kiireteks ja aeglasteks neutroniteks. Aeglased neutronid liiguvad enam-vähem sama suure kiirusega nagu ülejäänud aatomid ja molekulid tänu soojusliikumisele. See teeb aeglaste neutronite neelamise tuuma jaoks lihtsaks ning just aeglased neutronid põhjustavad tuuma massiarvu muutuse. See tähendab, et aatomituum muutub sama keemilise elemendi ühe võrra suurema neutronite arvuga isotoobiks, mis omakorda võib tänu tuumalagunemisele muutuda mõne teise keemilise elemendi aatomiks.

Selleks, et suurendada ahelreaktsioonist osavõtvate neutronite arvu, tuleb enamikus tuumareaktorites tuumalõhustumise tagajärjel tekkinud kiireid neutroneid aeglustada. Selleks kasutatakse neutronite aeglusteid, mis tehakse puhtast grafiidist või veest (kasutatakse nii tavalist kerget vett, kui ka rasket vett).

Mõned reaktoritüübid töötavad ka kiiretel neutronitel. Selleks on vaja muuta reaktori konstruktsiooni ning see vajab ka teistsugust tuumkütust. Berüllium on väga kasulik aine tänu oma suurepärasele neutronite peegeldamise võimele. Tänu berülliumile on võimalik tuumareaktsioonis tekkinud, kuid reaktsioonialast välja lennanud neutroneid tagasi reaktorisse peegeldada ning selle võrra vähendada tuumakütuse kriitilist massi. Just tänu berülliumpeeglitele on näiteks võimalik luua tuumapommist väiksema plahvatusjõuga neutronpomme.

Neutronkiirguse ioniseeriv toime
Kuna neutronid ei osale elektromagnetilises vastasmõjus, siis neutronid ise ei põhjusta otseselt aatomite ioniseerumist nii nagu teeb seda näiteks alfa-, beeta- või gammakiirgus. Siiski on neutronkiirgusel nn. teisene ioniseeriv mõju, mis avaldub neutroni kokkupõrkel aatomituumaga.

Neutroni kokkupõrkel aatomituumaga võib toimuda tuumapurunemine, mille käigus neutroni energia lööb tuumast välja ühe või mitu prootonit muutes aatomi negatiivseks iooniks. Minemalöödud prootonid omavad positiivset elektrilaengut ning on samuti ioniseeriva toimega.

Neutroni neeldumisel aatomituumas võib tuum muutuda ebastabiilseks isotoobiks, mis laguneb kas läbi alfa- või beetalagunemise. Mõlemal juhul tekib teisene kiirgus, mis on ioniseeriva toimega. Samuti viib neutroni neeldamine tuuma suure tõenäosusega ergastatud olekusse. Ergastatud olekust väljumiseks kiirgab tuum gammakvandi, mis tekitab teisest gammakiirgust (samuti ioniseeriv kiirgus).

Neutronkiirguse ohtlikkus
Neutronkiirgus on kõige ohtlikum radioaktiivne kiirgus. Neutronkiirgus on ohtlik kahel moel. Neutronkiirgus on ioniseeriv kiirgus tänu oma võimele ioniseerida aatomeid läbi tuumapurunemise või tekitades gammakiirgust tänu tuuma ergastamisele. Sellest veel ohtlikum on neutronkiirguse võime muuta aatomituum peale neeldumist radioaktiivseks isotoobiks, mistõttu varem mitteradioaktiivne aine muutub radioaktiivseks. Seetõttu on tugeva neutronkiirgusega kokkupuutunud objektid ja esemed veel tükk aega peale kiirguse lõppu ohtlikult radioaktiivsed. Tänu oma mitmekesistele ioniseerimisvõimalustele on neutronkiirgus näiteks kümme korda ohtlikum kui sama tugev gammakiirgus

Neutronkiirguse varjestamiseks tuleb kasutada võimalikult suures koguses kergeid aatomituumi, mille vastu põrgates neutronid aeglustuks ning lõpuks neelduks. Kõige paremad neutronkiirgust varjestavad ained on vesi, betoon, polüetüleen jt. palju vett (vesiniku aatomeid) sisaldavad ained. kuna neutronite neeldumine tekitab tugevat teisest gammakiirgust, siis peab lisaks neutronite varjestamisele lisama täieliku ohutuse tagamiseks ka varjestuse gammakiirguse eest.

Vaata ka
Alfakiirgus
Beetakiirgus
Gammakiirgus
Radioaktiivsus
Ahelreaktsioon

Tuumafüüsika