Oct 24, 2016

Can neutron be generated by the collide of protons and electrons?

There are translated English and original Japanese in this article. 

Can neutron be generated by the collide of protons and electrons? Yes. But, quantitative detailed data is unknown.


I found a document written in Japanese.  URL is http://www.pasj.jp/web_publish/pasj2014/proceedings/PDF/SSOM/SSOM01_oral.pdf The title is "management of those that are radioactive". The author is a Mr. Kazuyoshi Masumoto of the High Energy Accelerator Research Organization.

(日本語で書かれた文書を見つけました。 URLは、http://www.pasj.jp/web_publish/pasj2014/proceedings/PDF/SSOM/SSOM01_oral.pdf 。タイトルは、「放射化物の管理について」。著者は、高エネルギー加速器研究機構の桝本和義さんです。)

It says that there are examples of therapeutic electron linear accelerator, Varian Clinac 2300 C/D.  The device irradiated  on the dummy target of water with an electron beam or X-ray. Acceleration energy(Voltage) is 18 [MeV]. Total irradiation time is 11.1 minute. The number of neutrons is measured as 1.0e5 [count / cm ^ 2 s]  around about 3 [m] of the device from the graph. We can calculate that the total number of neutron is 1.13e12 [count / s]  from the surface area of a sphere. But the ratio of occurrence is not known for the neutron per the  electric current  to accelerate.

(治療用の電子を直線加速する装置、Clinac 2300 C/Dの例があります。装置は、照射のダミーターゲットの水に、電子線またはX線を照射します。加速エネルギー(電圧)は、18MeVです。照射時間は、合計11.1分間です。グラフから装置の周囲3[m]で中性子個数は1.0e5[count/cm^2s]程度が計測されています。球の表面積から中性子総数は、1.13e11[count/s]ですが、加速電流量が不明のため発生の比率が判りません。)

There are also examples in the cyclotron. The accelerated protons collide with the target of the water.
Acceleration energy(Voltage) is 18 [MeV]. Beam current is 21 [μA]. Acceleration power is 378 [W].
This is the input energy flow per second of 2.35e15 [MeV / c ^ 2 s] . Neutron number is measured as 2.5e5 [count / cm ^ 2 s] per second  around 1 [m] of the target. The total number of neutrons is 3.14e10[count/s] about the leaking on the surrounding surface area of a sphere. One neutron will generating energy 0.78 [MeV / c ^ 2] when collapsing itself. The total energy encompassed by the neutron leaking to the surrounding is 2.44e10[MeV/c^2 s] per second. We can obtain the ratio 2.35e15 / 2.44e10 = 96311. Neutron is leaking around with little energy of 1 in 96,311 of the input energy. It is unknown whether all of neutrons leaks around after generated by the proton beam.

(サイクロトロンでの例もあります。陽子を加速しターゲットの水に衝突させます。加速エネルギー(電圧)は、18MeVです。ビーム電流は、21 [μA]です。加速電力は 378[W]です。これは、毎秒にすると 2.35e15[MeV/c^2 s]の入力エネルギー流になります。ターゲットの周囲1[m]で中性子個数は、毎秒にすると 2.5e5[count/cm^2 s]程度が計測されています。球の表面積から周囲に漏れてくる中性子総数は、3.14e10[count/s]です。中性子一個は崩壊すると0.78[MeV/c^2]のエネルギーを発生しますから、周囲に漏れてくる全中性子が包含するエネルギーは、毎秒にすると 2.44e10[MeV/c^2 s]となります。比率2.35e15/2.44e10= 96311をえることができます。入力エネルギーの96311の1というわずかなエネルギーを持つ中性子が周囲にもれています。陽子ビームで発生した中性子のすべてが、周囲に漏れてくるのかどうかは不明です。)