Co je to neutronový paprsek?

Neutronový paprsek je proud neutronů, což jsou subatomické částice, které nemají elektrický náboj a nacházejí se spolu s pozitivně nabitými protony v jádrech všech chemických prvků kromě nejběžnější formy vodíku, která má pouze proton. Ačkoli neutrony jsou v jádru stabilní, volný neutron se rozpadá na proton, elektron a další částici zvanou elektronový antineutrino; izolované neutrony mají poločas o něco více než 10 minut, což znamená, že po uplynutí této doby se polovina neutronů v daném vzorku rozpadne. Volné neutrony jsou produkovány jaderným štěpením, například v jaderném reaktoru, a mohou být generovány v urychlovačích částic. Neutronový paprsek má mnoho důležitých aplikací ve vědě o materiálech, medicíně a bezpečnosti.

Neutronové paprsky se obvykle vyrábějí pomocí neutronových generátorů, což jsou urychlovače částic, které vypalují deuteriové nebo tritiové ionty na cíle obsahující deuterium, tritium nebo obojí. Deuterium a tritium jsou izotopy vodíku obsahující jeden a dva neutrony. Fúze deuteria a tritia vytváří neutrony, které lze zaostřit na neutronový paprsek. Neutronové generátory tohoto typu mohou být relativně malé a přenosné.

Ačkoli většina forem záření interaguje s oblaky elektronů, které obklopují atomová jádra, neutrony, které jsou elektricky neutrální a nejsou formou elektromagnetického záření, interagují pouze s jádry, která jsou ve vztahu k celému atomu velmi malá. Neutronový paprsek proto velmi proniká a může ukázat pozice atomových jader ve vzorku materiálu. Na rozdíl od rentgenových paprsků mohou neutronové paprsky snadno pronikat těžkými kovy, jako je olovo, ale budou také 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 jemné vyladění neutronového paprsku; vlnová délka i energie paprsku mohou být upraveny tak, aby detekovaly specifické materiály.

Zvláštní vlastnosti neutronových paprsků vedly k široké škále aplikací, zejména jako alternativní zobrazovací technika, která může být použita v situacích, kdy rentgenové paprsky nejsou účinné. Mohou být použity pro zkoumání vnitřních struktur materiálů, jako je detekování trhlin a dutin v kovových složkách, a pro stanovení atomových a molekulárních struktur sloučenin. Jejich schopnost detekovat lehčí prvky, které prochází těžšími, umožňuje použití neutronových paprsků pro bezpečnostní kontroly. Mohou například odhalit skryté výbušniny nebo radioaktivní materiály. Neutronové paprsky mají také důležité lékařské aplikace, zejména při léčbě některých forem rakoviny; neutronová radioterapie může zničit nádory, které jsou rezistentní na konvenční radioterapeutické ošetření.