¿Cuáles son las fuentes más fuertes de neutrones y protones colimados?

Estoy imaginando un experimento inusual que requerirá haces intensos de protones o neutrones. El experimento funcionaría mejor con neutrones, pero las fuentes de neutrones son mucho más débiles y desordenadas, así que estoy considerando ambos. Estoy interesado en haces de casi cualquier energía no relativista. Todavía no estoy seguro de qué tan enfocado necesitaré que esté el haz.

Sé que esta es una pregunta para principiantes, pero ¿cuáles son las opciones básicas aquí para la fuente más fuerte (medida por neucleones por segundo)?

Los neutrones aparentemente provienen de dos fuentes: reactores y aceleradores. ( Como puede atestiguar Sir Patrick Stewert ). En el último caso ("espalación"), un haz de protones simplemente se estrella contra un objetivo de metal pesado y los neutrones que salen volando quedan atrapados. Parece que los haces de protones de mayor intensidad se usan a menudo para producir los haces de neutrones de mayor intensidad de esta manera.

Proyecto de Inyector de Protones de Alta Intensidad Saclay (IPHI):$6 \times 10^{17}$protones/segundo.

Acelerador de demostración de baja energía (LEDA):$6 \times 10^{17}$protones/segundo.

(Estos concuerdan con el gráfico de Andre a continuación que muestra 100 mA. Tenga en cuenta también que la corriente del LHC es de aproximadamente 500 mA, aunque los protones están agrupados en racimos. Y como señaló Andre, el LHC hace circular los mismos protones y, por lo tanto, no podría proporcionar un flujo continuo de 500 mA. haz de mA en un objetivo/experimento que los consumió).

Las fuentes de neutrones, al ser el resultado de fisión o espalación, son desordenadas. Todavía no tengo un buen control sobre qué tipo de intensidades de neutrones son posibles para qué rangos de impulso. El Centro de Dispersión de Neutrones de Lujan en LANCE es una fuente de neutrones para muchos experimentos.

En la espalación, el número de neutrones producidos por protón incidente suele ser del orden de 40, pero la distribución del espacio de fases es mucho más amplia que la de los protones incidentes. (Los haces de protones se pueden enfocar directamente usando imanes). Según un informe del CERN de Lengeler, los reactores generalmente pueden producir flujos de neutrones térmicos (~ 0.025 eV) de orden$10^{14}$neutrones/cm${}^2$s, mientras que las fuentes de espalación pueden exceder$10^{17}$/cm${}^2$s.

Probablemente sea mejor, entonces, pensar en las fuentes de neutrones continuas como limitadas en densidad de espacio de fase, con los números anteriores dando una estimación aproximada de las densidades alcanzables actualmente.

Aparentemente, las fuentes de espalación están limitadas por la necesidad de disipar el calor del haz de protones incidente. Si se necesitan flujos altos solo brevemente, los pulsos de láser pueden producir $4 \times 10^{9}$/cm${}^2$en un nanosegundo, es decir, un flujo instantáneo de$4 \times 10^{18}$/cm${}^2$s.

En cuanto a los protones, vale la pena señalar que el haz de alta intensidad de 50 mA en la fuente europea de espalación está limitado por "efectos de carga espacial a baja energía, por la potencia que se puede entregar al haz en cada cavidad a energías medias y altas, y por pérdidas de haz".