El rendimiento espeso de los neutrones de la reacción Be-9 (a, n) depende significativamente de la energía de las partículas alfa que bombardean. Dado que estas fuentes de neutrones radioquímicos eran las fuentes de neutrones de laboratorio más importantes antes del uso generalizado de aceleradores de partículas, existe mucha literatura antigua sobre cómo construirlos. Una buena referencia es la “Física rápida de neutrones, Parte I: Técnicas” de Marion y Fowler (1960), donde el capítulo introductorio proporciona la siguiente fórmula empírica para el rendimiento:
Ymáx = 0.152 E ^ (3.56)
En esta fórmula, las unidades de Ymax son neutrones por millón de partículas alfa, y E es la energía de partículas alfa en MeV.
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Sin embargo, en una fuente de neutrones radioquímicos, no solo tiene partículas alfa de energía E que golpean un trozo de berilio. Tiene un material emisor o algún espesor consecuente, o proporción de una mezcla o aleación con berilio. Por lo tanto, las partículas alfa se atenúan en el material o la mezcla emisora, y su energía de descomposición total no puede gastarse en berilio. Los rendimientos prácticos de neutrones se pueden aproximar con la siguiente ecuación:
Y / Ymax = (N_Be * S_Be) / (N_Be * S_Be + N_E * S_E)
N_Be / N_E es la relación molar de Be a la sustancia emisora, S_Be y S_E son los poderes de detención de Be y la sustancia emisora, que pueden calcularse para partículas alfa de energía E utilizando el software gratuito SRIM (www.srim.org) ; e Ymax es el rendimiento ideal máximo calculado anteriormente.
Debido a la física de la desintegración alfa, existe una relación bien definida entre la actividad específica del material emisor y las energías de las partículas emitidas. Las partículas alfa de la desintegración radiactiva generalmente oscilan entre 4 y 8 MeV, abarcando el rango de vidas medias de miles de millones de años a microsegundos, respectivamente. Evidentemente, el valor más alto de Y se obtendrá para materiales de alta actividad con energías alfa necesariamente altas, presentes en mezclas de berilio en concentraciones molares muy bajas. Considere Po-214, E = 7.7 MeV. Obtendría 258 neutrones por millón de alfa en el caso límite cuando N_E / N_Be se acerca a cero. Desafortunadamente, debido a la física de la desintegración alfa, el Po-214 tiene una vida media de solo 160 microsegundos y su fuente de neutrones no duraría mucho si se hiciera solo de este material. Por lo tanto, las fuentes prácticas de neutrones (a, n) están hechas de isótopos de vida más larga y, en particular, mezclas de padres e hijas de vida corta en equilibrio secular. Este es realmente el mejor de los casos: obtienes una fuente con una longevidad útil, pero obtienes a las hijas efímeras en equilibrio para contribuir con esos alfa de alta energía que tienen un alto rendimiento de neutrones. El Po-214 reside en la serie de desintegración de radio-226 (la serie de uranio), y contribuye con casi la mitad del rendimiento de neutrones de las fuentes de neutrones Be-9 (a, n) basadas en Ra-226.
Un último punto de consideración se relaciona con la radiación de fondo no deseada. Con frecuencia, el usuario de una fuente de neutrones quiere producir reacciones nucleares que se detectan en tiempo real. Algunos emisores alfa, por ejemplo, Po-210, producen muy pocos rayos gamma, lo que significa que las fuentes (a, n) hechas con este material se ven favorecidas en los experimentos en los que se detectará la radiación gamma inmediata. Por otro lado, algo así como Ra-226 y sus hijas será una potente fuente gamma además de impulsar la reacción (a, n).
