Was sind die stärksten Quellen kollimierter Neutronen und Protonen?

Ich stelle mir ein ungewöhnliches Experiment vor, das intensive Protonen- oder Neutronenstrahlen erfordert. Das Experiment würde mit Neutronen besser funktionieren, aber Neutronenquellen sind viel schwächer und unordentlicher, also ziehe ich beides in Betracht. Ich interessiere mich für Strahlen fast jeder nicht-relativistischen Energie. Ich bin mir noch nicht sicher, wie fokussiert der Strahl sein muss.

Ich weiß, dass dies eine Anfängerfrage ist, aber was sind hier die grundlegenden Optionen für die stärkste Quelle (gemessen in Neukleonen pro Sekunde)?

Neutronen kommen offenbar aus zwei Quellen: Reaktoren und Beschleunigern. ( Wie Sir Patrick Stewert bestätigen kann .) Im letzteren Fall ("Spallation") wird ein Protonenstrahl einfach auf ein Schwermetall-Target geschleudert und die herausfliegenden Neutronen werden eingefangen. Es scheint, dass die Protonenstrahlen mit der höchsten Intensität häufig verwendet werden, um auf diese Weise die Neutronenstrahlen mit der höchsten Intensität zu erzeugen.

Saclay High Intensity Proton Injector Project (IPHI):$6 \times 10^{17}$Protonen/Sekunde.

Niedrigenergie-Demonstrationsbeschleuniger (LEDA):$6 \times 10^{17}$Protonen/Sekunde.

(Diese stimmen mit Andres Diagramm unten überein, das 100 mA zeigt. Beachten Sie auch, dass der LHC-Strom etwa 500 mA beträgt, obwohl die Protonen in Bündeln gruppiert sind. Und wie Andre betonte, zirkuliert der LHC dieselben Protonen und könnte daher keine kontinuierlichen 500 liefern mA-Strahl in ein Ziel/Experiment, das sie verbraucht hat.)

Neutronenquellen, die entweder das Ergebnis von Spaltung oder Spallation sind, sind chaotisch. Ich habe immer noch keinen guten Überblick darüber, welche Art von Neutronenintensitäten für welche Impulsbereiche möglich sind. Das Lujan Neutron Scattering Center bei LANCE ist eine Neutronenquelle für viele Experimente.

Bei der Spallation liegt die Anzahl der pro einfallendem Proton erzeugten Neutronen normalerweise in der Größenordnung von 40, aber die Phasenraumverteilung ist viel breiter als die der einfallenden Protonen. (Protonenstrahlen können mit Magneten direkt fokussiert werden.) Laut einem CERN-Bericht von Lengeler können Reaktoren typischerweise thermische Neutronenflüsse (~0,025 eV) in der Größenordnung erzeugen$10^{14}$Neutronen/cm${}^2$s, wohingegen Spallationsquellen überschreiten können$10^{17}$/cm${}^2$S.

Es ist daher wahrscheinlich am besten, sich kontinuierliche Neutronenquellen als phasenraumdichtebegrenzt vorzustellen, wobei die obigen Zahlen eine grobe Schätzung der derzeit erreichbaren Dichten geben.

Offensichtlich sind Spallationsquellen durch die Notwendigkeit begrenzt, die Wärme des einfallenden Protonenstrahls abzuleiten. Werden nur kurzzeitig hohe Flüsse benötigt, lassen sich Laserpulse erzeugen $4 \times 10^{9}$/cm${}^2$über eine Nanosekunde, dh einen momentanen Fluss von$4 \times 10^{18}$/cm${}^2$S.

Was Protonen anbelangt, ist es erwähnenswert, dass der hochintensive 50-mA-Strahl an der Europäischen Spallationsquelle durch "Raumladungseffekte bei niedriger Energie, durch die Leistung, die dem Strahl in jedem Hohlraum bei mittleren und hohen Energien zugeführt werden kann, begrenzt ist, und durch Strahlverluste."