¿Qué es un haz de neutrones?

Un haz de neutrones es una corriente de neutrones, que son partículas subatómicas que no tienen carga eléctrica y se encuentran, junto con protones cargados positivamente, en el núcleo de todos los elementos químicos, excepto la forma más común de hidrógeno, que tiene solo un protón. Aunque los neutrones son estables en el núcleo, un neutrón libre se desintegra en un protón, un electrón y otra partícula llamada antineutrino electrónico; los neutrones aislados tienen una vida media de poco más de 10 minutos, lo que significa que después de este período, la mitad de los neutrones en una muestra dada se habrán descompuesto. Los neutrones libres se producen por fisión nuclear, por ejemplo en un reactor nuclear, y pueden generarse en aceleradores de partículas. Un haz de neutrones tiene muchas aplicaciones importantes en ciencia de materiales, medicina y seguridad.

Los haces de neutrones normalmente se producen utilizando generadores de neutrones, que son aceleradores de partículas que disparan iones de deuterio o tritio en objetivos que contienen deuterio, tritio o ambos. El deuterio y el tritio son isótopos de hidrógeno que contienen uno y dos neutrones, respectivamente. La fusión de deuterio y tritio produce neutrones que pueden enfocarse en un haz de neutrones. Los generadores de neutrones de este tipo pueden ser relativamente pequeños y portátiles.

Aunque la mayoría de las formas de radiación interactúan con las nubes de electrones que rodean los núcleos atómicos, los neutrones, que son eléctricamente neutros y no una forma de radiación electromagnética, interactúan solo con los núcleos, que son muy pequeños en relación con el átomo completo. Por lo tanto, un haz de neutrones es muy penetrante y puede mostrar las posiciones de los núcleos atómicos dentro de una muestra de material. A diferencia de los rayos X, los haces de neutrones pueden penetrar fácilmente metales pesados ​​como el plomo, pero también interactuarán con elementos ligeros como el hidrógeno y el carbono. Según la teoría cuántica, todas las partículas subatómicas pueden comportarse como ondas, por lo que los neutrones tienen longitudes de onda. Esto permite que se ajuste un haz de neutrones; Tanto la longitud de onda como la energía del haz se pueden ajustar para detectar materiales específicos.

Las propiedades especiales de los haces de neutrones han dado lugar a una amplia gama de aplicaciones, en particular como una técnica de imagen alternativa que puede emplearse en situaciones donde los rayos X no son efectivos. Se pueden usar para examinar las estructuras internas de los materiales, como la detección de grietas y cavidades en los componentes metálicos, y para determinar las estructuras atómicas y moleculares de los compuestos. Su capacidad para detectar elementos más ligeros y pasar a través de los más pesados ​​permite que se usen haces de neutrones para los controles de seguridad. Pueden detectar explosivos ocultos o material radiactivo, por ejemplo. Los haces de neutrones también tienen importantes aplicaciones médicas, sobre todo en el tratamiento de algunas formas de cáncer; La radioterapia con neutrones puede destruir tumores que son resistentes a los tratamientos de radioterapia convencionales.