Was ist ein Neutronenstrahl?
Ein Neutronenstrahl ist ein Neutronenstrom, bei denen es sich um subatomare Partikel handelt, die keine elektrische Ladung haben und zusammen mit positiv geladenen Protonen in den Kernen aller chemischen Elemente mit Ausnahme der häufigsten Form von Wasserstoff, das nur ein Proton hat, gefunden werden. Obwohl Neutronen im Kern stabil sind, zerlegt ein freies Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein anderes Teilchen, das als Elektronen -Antineutrino bezeichnet wird. Isolierte Neutronen haben eine Halbwertszeit von etwas mehr als 10 Minuten, was bedeutet, dass nach dieser Zeit die Hälfte der Neutronen in einer bestimmten Probe verfallen ist. Freie Neutronen werden durch Kernspaltung erzeugt, beispielsweise in einem Kernreaktor und können in Partikelbeschleunigern erzeugt werden. Ein Neutronenstrahl hat viele wichtige Anwendungen in der Materialwissenschaft, Medizin und Sicherheit.
Neutronenstrahlen werden normalerweise unter Verwendung von Neutronengeneratoren hergestellt, bei denen es sich um Partikelbeschleuniger handelt, die Deuterium oder Tritiumionen in Ziele, die Deuterium, Tritium oder beides enthalten, abfeuern. Deuterium und TritiUM sind Isotope von Wasserstoff, die ein bzw. zwei Neutronen enthalten. Die Fusion von Deuterium und Tritium erzeugt Neutronen, die in einen Neutronenstrahl fokussiert werden können. Neutronengeneratoren dieser Art können relativ klein und tragbar sein.
Obwohl die meisten Strahlungsformen mit den Wolken von Elektronen interagieren, die atomare Kerne umgeben, sind Neutronen, die elektrisch neutral sind und nicht eine Form der elektromagnetischen Strahlung, nur mit den Kernen interagieren, die in Bezug auf das gesamte Atom sehr klein sind. Ein Neutronenstrahl ist daher sehr durchdringend und kann die Positionen von Atomkern in einer Materialprobe zeigen. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen können Neutronenstrahlen leicht schwere Metalle wie Blei durchdringen, aber auch mit leichten Elementen wie Wasserstoff und Kohlenstoff interagieren. Nach der Quantentheorie können sich alle subatomaren Partikel als Wellen verhalten, so dass Neutronen Wellenlängen aufweisen. Dies ermöglicht einen Neutronenstrahlfein abgestimmt sein; Sowohl die Wellenlänge als auch die Energie des Strahls können eingestellt werden, um bestimmte Materialien zu erfassen.
Die besonderen Eigenschaften von Neutronenstrahlen haben zu einer Vielzahl von Anwendungen geführt, insbesondere zu einer alternativen Bildgebungstechnik, die in Situationen eingesetzt werden kann, in denen Röntgenstrahlen nicht wirksam sind. Sie können verwendet werden, um die inneren Strukturen von Materialien wie das Erkennen von Rissen und Hohlräumen in Metallkomponenten zu untersuchen und die atomaren und molekularen Strukturen von Verbindungen zu bestimmen. Ihre Fähigkeit, leichtere Elemente zu erkennen, ermöglicht es jedoch schwerere durch, dass Neutronenstrahlen für Sicherheitsprüfungen verwendet werden. Sie können zum Beispiel versteckte Sprengstoffe oder radioaktives Material erkennen. Neutronenstrahlen haben auch wichtige medizinische Anwendungen, insbesondere bei der Behandlung einige Krebsformen. Neutronenstrahlentherapie kann Tumoren zerstören, die gegen herkömmliche Strahlentherapiebehandlungen resistent sind.