Co je to neutronový paprsek?

Neutronový paprsek je proud neutronů, což jsou subatomické částice, které nemají elektrický náboj a jsou nalezeny, spolu s pozitivně nabitými protony, v jádrech všech chemických prvků s výjimkou nejběžnější formy vodíku, která má pouze proton. Ačkoli jsou neutrony stabilní v jádru, volný neutron se rozpadá do protonu, elektron a další částice zvaný elektronový antineutrino; Izolované neutrony mají poločas trochu déle než 10 minut, což znamená, že po tomto období se polovina neutronů v daném vzorku rozpadne. Volné neutrony jsou produkovány jaderným štěpným, například v jaderném reaktoru a mohou být generovány v akcelerátorech částic. Neutronový paprsek má mnoho důležitých aplikací ve vědě o materiálech, medicíně a bezpečnosti.

Neutronové paprsky se obvykle produkují pomocí generátorů neutronů, což jsou akcelerátory částic, které střílejí deuterium nebo ionty tritia do cílů obsahujících deuterium, tritium nebo obojí. Deuterium a TritiUM jsou izotopy vodíku obsahující jeden a dva neutrony. Fúze deuteria a tritia produkuje neutrony, které lze zaostřit do neutronového paprsku. Neutronové generátory tohoto typu mohou být relativně malé a přenosné.

Ačkoli většina forem záření interaguje s mraky elektronů, které obklopují atomová jádra, neutrony, jsou elektricky neutrální a nikoli formou elektromagnetického záření, interagují pouze s jádry, které jsou ve vztahu k celému atomu velmi malé. Neutronový paprsek proto velmi proniká a může ukázat polohy atomových jader ve vzorku materiálu. Na rozdíl od rentgenových paprsků mohou neutronové paprsky snadno proniknout do těžkých kovů, jako je olovo, ale také budou interagovat s lehkými prvky, jako je vodík a uhlík. Podle kvantové teorie se všechny subatomické částice mohou chovat jako vlny, takže neutrony mají vlnové délky. To umožňuje neutronový paprsekbýt doladěn; Vlnová délka i energie paprsku lze upravit tak, aby detekovaly specifické materiály.

Zvláštní vlastnosti neutronových paprsků vyvolaly širokou škálu aplikací, zejména jako alternativní zobrazovací technika, kterou lze použít v situacích, kdy rentgenové paprsky nejsou účinné. Mohou být použity ke zkoumání vnitřních struktur materiálů, jako je detekce trhlin a dutin v kovových složkách a ke stanovení atomových a molekulárních struktur sloučenin. Jejich schopnost detekovat lehčí prvky, které ještě procházejí těžšími, umožňuje použití neutronových paprsků pro bezpečnostní kontroly. Mohou například detekovat skryté výbušniny nebo radioaktivní materiál. Neutronové paprsky mají také důležité lékařské aplikace, zejména v léčbě některé formy rakoviny; Neutronová radioterapie může zničit nádory, které jsou odolné vůči konvenční radioterapii.