Laboratorio de Ciencia de Neutrones

El Laboratorio de Ciencia de Neutrones (NSL) se encuentra en el Campus Norte de la Universidad de Michigan y alberga diversas fuentes de neutrones y rayos gamma, así como una amplia gama de equipos de detección de radiación nuclear . El laboratorio forma parte integral del departamento de Ingeniería Nuclear y Ciencias Radiológicas (NERS) de la Universidad de Michigan (UM) y está gestionado por el Grupo de Ciencia Nuclear Aplicada. El laboratorio fue renovado en 2017 con el objetivo específico de incorporar un nuevo generador de neutrones DT (Thermo Fisher Scientific, modelo P211) en diversas configuraciones de haz abierto. El NSL proporciona un acceso conveniente a fuentes de neutrones monoenergéticas y de amplio espectro de alta fidelidad para la investigación básica , la seguridad nuclear , la no proliferación y otras necesidades experimentales.

El departamento de NERS gestionaba y utilizaba anteriormente el reactor nuclear Ford del Laboratorio Memorial de Phoenix. Este reactor proporcionaba acceso a una fuente de neutrones para fines didácticos y experimentales. En 2003, el reactor nuclear Ford se clausuró y comenzaron las operaciones de desmantelamiento. Sin embargo, seguía siendo necesaria una fuente de neutrones para fines educativos y de investigación. En 2004, el departamento de NERS adquirió un generador de neutrones DD ( Thermo Fisher Scientific , modelo MP320, que produce 2,45 MeV con una tasa de 10⁶ ⁿ /s).

También se decidió contar con una instalación dedicada a una fuente de neutrones, y en 2006, Thermo Electron Corporation (EE. UU.) realizó las primeras entregas de componentes para un generador de neutrones D711 DT al departamento. Este generador tenía una capacidad de producción de hasta 2 × ^10¹⁰ n/s a 14,1 MeV, un flujo útil para estudios de activación nuclear. La instalación final y la puesta en marcha del generador de neutrones D711 comenzaron en 2007. La estructura original del generador consistía en una "cueva" prefabricada de hormigón. La cueva medía aproximadamente 3 m de largo y 1,5 m de ancho, y tenía ventanas en dos lados. Las paredes tenían  un espesor de unos 35 cm. Mediante la simulación de la cueva y la sala circundante, se determinó que  añadir 2,5 cm de revestimiento de polietileno al interior y al exterior de la cueva ayudaría a termalizar los neutrones. Además, se construyó otra pared de 60 cm de espesor con bloques de hormigón alrededor de toda la cueva. El suelo también estaba revestido con 5  cm de polietileno para reducir la dispersión de la radiación. Esto redujo la dosis promedio en la superficie de la cueva a menos de 10 mRem/h. Si bien persistían puntos de alta radiación en las zonas más cercanas a la fuente, estos eran inferiores a 50 mRem/h, cumpliendo con creces la normativa de 100 mRem/h.

En 2017, se desmanteló el generador de neutrones D711 y se adquirió un nuevo generador de neutrones DT (Thermo Fisher Scientific, modelo P211, con una producción de hasta 10⁸ ⁿ /s a 100  Hz) con el objetivo de proporcionar una fuente de neutrones pulsada con un espectro casi monoenergético, operando la unidad en un espacio abierto, lejos de paredes estructurales o blindadas y del suelo. El Laboratorio de Neutrones (NSL) fue rediseñado y renovado para garantizar que las tasas de dosis en sus alrededores se mantuvieran dentro de los límites permitidos. El NSL renovado ofrece un acceso conveniente a fuentes de neutrones tanto monoenergéticas (DD/DT) como de energía amplia ( ^²⁵²Cf ) para el profesorado, el personal y los estudiantes de la Universidad de Michigan. El laboratorio también alberga diversas fuentes de rayos gamma de radioisótopos, detectores e instrumentación nuclear de apoyo.

El generador de neutrones P211 DT, fabricado por Thermo Fisher Scientific, utiliza las reacciones de fusión ³ H(d,n) ⁴ He para producir neutrones de 14,1 MeV. Un haz de deuterones se acelera a ~80 keV e incide sobre un blanco impregnado de tritio en el conjunto del generador. El generador tiene forma cilíndrica y una potencia nominal de 10⁸ ⁿ /s. Cada pulso contiene 10⁶ ^neutrones y puede producirse a diversas frecuencias de repetición, desde un solo pulso hasta 100  Hz. Además, el generador P211 está diseñado para que no se produzcan neutrones entre pulsos.

El Departamento de Salud Comunitaria del Estado de Michigan (MDCH) es el organismo regulador al que debe ajustarse el diseño del NSL. El MDCH limita la exposición pública de las instalaciones de Clase AA a menos de 2 mrem/h, medida a 5  cm de cualquier punto de superficie externa accesible, mientras la fuente opera a su máxima potencia de radiación. Por lo tanto, el laboratorio se diseñó de manera que las tasas de dosis sean inferiores a 2 mrem/h en cualquier punto fuera del área experimental con el generador DT en funcionamiento (ya que es la fuente más intensa del laboratorio). Los muros de hormigón se construyeron con un  espesor de 3 pies según las directrices del Informe n.º 144 del Consejo Nacional de Protección Radiológica y Mediciones , «Protección radiológica para instalaciones de aceleradores de partículas », y las simulaciones del MCNP. Los muros se construyeron con  una altura de 11 pies para permitir experimentos a diferentes alturas del generador DT. Tras la renovación del laboratorio y la instalación de dispositivos de seguridad, el generador de deuterio-tritio P211 se puso en funcionamiento por primera vez el 28 de noviembre de 2017. Las tasas de dosis se determinaron experimentalmente fuera de las paredes del laboratorio y se mantuvieron por debajo del límite permitido de 2 mrem/h. Ese mismo día, el Laboratorio Nacional de Ciencias (NSL) recibió la aprobación para su funcionamiento por parte del Servicio de Seguridad Radiológica de la Universidad de Maastricht.

• Seguridad radiológica del MDCH
• Página del proyecto en CTools
• Servicio de Seguridad Radiológica de UM OSEH
• Página web de NCRP

42°17′36″N 83°42′33″O / 42.293461°N 83.709041°O / 42.293461; -83.709041