中性子榴弾砲

中性子榴弾砲は、中性子を一方向に放出する中性子源です。1930年代に、アルファ線がベリリウム原子核に衝突すると中性子が放出されることが発見されました。アルファ線の高速性は、ベリリウム原子核の比較的低いクーロン障壁、すなわち原子核の正電荷による反発力（原子核には陽子が4個しか含まれていない）を克服するのに十分であり、 2つの粒子が融合して高エネルギーの中性子を放出します。

1930年、ドイツのヴァルター・ボーテとヘルベルト・ベッカーは、アルファ粒子がベリリウム、ホウ素、リチウムなどの軽元素に衝突すると、非常に透過力の高い放射線を放出することを発見した。当初はガンマ線と考えられていたが、既知のどのガンマ線よりも透過力が強かった。次に重要な発見は、1932年にパリのイレーヌ・ジョリオ＝キュリーとフレデリック・ジョリオによって報告された。彼らは、この未知の放射線がパラフィンワックスやその他の水素含有化合物に当たると、非常に高エネルギーの陽子を放出することを示した。そして1932年、イギリスの物理学者ジェームズ・チャドウィックは、ガンマ線仮説が成り立たないことを示す一連の実験を行い、この新しい放射線は陽子とほぼ同じ質量の電荷を持たない粒子で構成されていると示唆した。彼はこれを検証するための一連の実験を行い、これらの電荷を持たない粒子は最終的に「中性子」と呼ばれるようになり、チャドウィックはこの発見の功績を称えられている。

アルファ線を放出する放射性同位体であればどれでも構いませんが、通常は比放射能の高いアルファ線放出体が選ばれます。歴史的にはラジウム（Ra-226 ）などのさまざまな同位体が使用されてきましたが、現代では超ウラン同位体のAm-241とPu-239がそれぞれAmBeとPuBe中性子源でほぼ独占的に使用されています。^{[ 1 ]}アルファ線放出体とベリリウムは粉砕され、密接に接触した状態で混合されます。これは、アルファ粒子は物質中を非常に短い距離しか移動しないため、十分に離れるとエネルギーを失い反応が起こらなくなるため、アルファ線放出体とベリリウム原子核が密接に接触する割合が高くなるようにするためです。この混合物は、放射線遮蔽を備えた適切なキャリアに詰められ、片方の端が開いて中性子が開いた端の方向に飛び出すようにすることで、榴弾砲のように機能します。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

1938年、オットー・ハーン、フリッツ・シュトラスマン、リーゼ・マイトナーは、超ウラン元素の生成を目指し、中性子榴弾砲を用いてウラン原子核に中性子を照射した。しかし、彼らは予想外にもバリウムの残留物を発見し、ウラン原子核が核分裂を起こしたことをはっきりと示していた。この発見は、1942年の最初の原子炉の開発、そして最終的には1945年の核兵器の開発へと繋がった。