Erzeugt das RTG von Curiosity Neutronen, wie diese Webseite des CheMin-Röntgenerkennungssystems der NASA vorschlägt? Wenn das so ist, wie?

CheMin for Scientists von mars.nasa.gov ( hier zu finden ) sagt (etwa auf halber Strecke):

Detektion von Röntgenphotonen durch das CCD

CheMin wird einen 600 × 600 E2V CCD-224 Frame Transfer Imager verwenden, der mit einem 600 × 582 Datenerfassungsbereich betrieben wird. Die Pixel im Array sind 40 × 40 µm2 groß, und die aktive Region aus tiefverarmtem Silizium ist 50 µm dick. Die Vorderseiten-Passivierungsschicht wird über einen wesentlichen Bruchteil der aktiven Pixelfläche ausgedünnt. Dieser Imager ist eine moderne Version des E2V CCD-22, der speziell für eine Anwendung in der Röntgenastronomie gebaut wurde. Die große Größe der einzelnen Pixel bewirkt, dass ein größerer Prozentsatz der Röntgenphotonen ihre Ladung innerhalb eines einzelnen Pixels abgibt, anstatt die Ladung zwischen den Pixeln aufzuteilen. Die verbesserte tiefe Verarmungszone führt zu einer verbesserten Ladungssammeleffizienz für hochenergetische Röntgenstrahlen. Die dünne Passivierungsschicht macht das CCD empfindlich für relativ niederenergetische Röntgenstrahlen.

Um zu verhindern, dass das CCD während der Analyse Photonen im sichtbaren Energiebereich (aus röntgeninduzierter optischer Fluoreszenz) ausgesetzt wird, wird ein 150 nm Al-Film, der auf einem ~2.000-Angström-Polyimidfilm getragen wird, vor dem Detektor platziert.Der Detektor selbst wird auf eine Zieltemperatur von minus 60 °C gekühlt, aber die tatsächliche CCD-Temperatur hängt von der Oberflächentemperatur des Roverkörpers ab. Durch die Kühlung des CCD wird Dunkelstrom eliminiert und die Auswirkungen einer Beschädigung des Siliziumgitters durch Neutronen aus dem Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG) und dem DAN-Wissenschaftsinstrument werden reduziert. Sollte die Temperatur für die Analyse nicht minus 60 °C erreichen, steigt der Dunkelstrom und die Neutronenschäden am CCD beginnen sich nachteilig auf die Ladungsübertragungseffizienz (CTE) auszuwirken, was zu höheren Hintergrundzahlen und einem erhöhten halben Maximum (FWHM) in voller Breite führt ) in Röntgenspitzen.

Das russische „DAN Science Instrument“ oder Dynamic Albedo of Neutrons erzeugt Neutronen und beleuchtet mit ihnen die Marsoberfläche, sodass die Sorge um Kristallschäden am relativ dicken aktiven CCD-Volumen nicht überraschend ist:

Das Instrument Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) ist ein Experiment, das auf dem Rover Curiosity des Mars Science Laboratory montiert ist. Es handelt sich um eine gepulste Neutronenquelle und einen Detektor mit versiegelter Röhre, die zur Messung von Wasserstoff oder Eis und Wasser an oder in der Nähe der Marsoberfläche verwendet werden. Das Instrument besteht aus dem Detektorelement (DE) und einem 14,1 MeV pulsierenden Neutronengenerator (PNG). Die Abklingzeit von Neutronen wird vom DE nach jedem Neutronenpuls vom PNG gemessen. DAN wurde von der russischen föderalen Weltraumbehörde bereitgestellt, von Russland finanziert und steht unter der Leitung von Principal Investigator Igor Mitrofanov

Aber ich hatte noch nie zuvor von Neutronen aus einem RTG gehört.

Neugier hat ein MMRTG; ein thermoelektrischer Multi-Mission-Radioisotop-Generator auf der Basis von 238Pu. Nach Plutonium-238; Nuklearbetriebene Herzschrittmacher, die wir verwendet haben, um 238Pu in Menschen zu stecken, um lebensspendende Herzschrittmacher mit Energie zu versorgen, also kann es keine starke Neutronenquelle sein, und die ganze Idee ist, dass die sehr kurzreichweitigen Alpha-Teilchen im Material selbst stoppen und es thermalisieren eine ziemlich strahlungsfreie Quelle, die Sie in der Nähe von Astronauten und empfindlicher Elektronik aufbewahren können.

Neutronen können sowohl aus Kernspaltung als auch aus beta-verzögerter Neutronenemission stammen : ( 1 , 2 , 3 , 4 ).

Frage: Erzeugt das RTG von Curiosity Neutronen, wie diese Webseite des CheMin-Röntgenerkennungssystems der NASA vorschlägt? Wenn ja, woher kommen die Neutronen, da 238Pu durch Alphateilchenemission zerfällt?

Pu-238 ist nur "bestmöglich" von anderen Pu-Isotopen zu reinigen. Pu-239 ist wahrscheinlich in großen Mengen vorhanden.

Antworten (1)

Es gibt zwei Hauptquellen von Neutronen, die in produziert werden 238 P u -basierte RTGs:

  • 238 P u zerfällt hauptsächlich durch Emission eines α-Teilchens, aber es gibt a 10 8 Möglichkeit einer spontanen Spaltung, die alle Arten von unordentlichen Produkten erzeugt, einschließlich Neutronen.
  • Der Brennstoff von RTGs ist stattdessen kein reines Plutonium P u Ö 2 wird verwendet, weil es (im chemischen Sinne) stabiler ist. Die α-Teilchen können mit dem Sauerstoff interagieren und Neutronen aus seinem Kern herausschleudern.

Die Wechselwirkung von α-Teilchen mit leichten Kernen trägt etwa 90% zur gesamten Neutronenemission bei, was ungefähr ist 10 7 der primären Alpha-Emission. Dennoch summiert sich diese niedrige relative Rate auf eine beträchtliche Menge an Strahlung: Beharrlichkeit verbraucht 4,8 kg Kraftstoff, bei einer Aktivität von 5 10 11 / G / S , ergebend 10 9 Neutronen pro Sekunde insgesamt.

@fraxinus erwähnte Verunreinigungen. In der Tat, 239 P u ist in einer beträchtlichen Menge enthalten (10-15%, wie es scheint). Glücklicherweise emittiert es auch α-Teilchen, aber aufgrund seiner längeren Lebensdauer nur mit geringer Rate.

Hauptquelle:
RADIATION PROPERTIES OF 238Pu PRODUCED FOR ISOTOPIC POWER GENERATORS, Dean H. Stoddard und Edward L. Altenesius, 1965

(Ich bin sicher, Sie wissen das, aber zum Nutzen anderer Leser), 238 P u wird durch Neutronenbestrahlung hergestellt 237 N P , also einige 239 P u ist unvermeidbar. Und der Versuch, sie zu trennen, ist viel schwieriger als das Trennen 235 U & 238 U .
Vergessen Sie auch nicht die Aktivität der Tochterkerne.
@JonCuster - Das ist nicht so schlimm. Die ersten paar Produkte zerfallen ebenfalls und haben lange Halbwertszeiten. Du musst runterkommen 214 P B damit es zum Beta-Zerfall kommt.
Beide 234 Woher kommst du 238 Pu) und 235 U (von Unreinheit 239 Pu- oder Neutronenabsorption durch 234 U) haben spontane Spaltzerfallspfade, die Neutronen liefern, die hier von Belang sein könnten.
@ JonCuster Das ist 10 11 Wahrscheinlichkeit zusätzlich zu einer Halbwertszeit von einer Million Jahren. Das sind 8 Größenordnungen unter der ursprünglichen Spaltung von 238 P u und daher vernachlässigbar.
@asdfex - in der Tat. Ich habe nur zu oft gesehen, wo die Leute die Aktivitäten der Tochterprodukte vergessen haben.