Cos'è un raggio di neutroni?

Un raggio di neutroni è un flusso di neutroni, che sono particelle subatomiche che non hanno carica elettrica e si trovano, insieme a protoni carichi positivamente, nei nuclei di tutti gli elementi chimici tranne la forma più comune di idrogeno, che ha solo un protone. Sebbene i neutroni siano stabili nel nucleo, un neutrone libero decade in un protone, un elettrone e un'altra particella chiamata antineutrino di elettroni; I neutroni isolati hanno un'emivita di poco più di 10 minuti, il che significa che dopo questo periodo, la metà dei neutroni in un determinato campione sarà decaduto. I neutroni liberi sono prodotti dalla fissione nucleare, ad esempio in un reattore nucleare e possono essere generati in acceleratori di particelle. Un raggio di neutroni ha molte applicazioni importanti nella scienza dei materiali, nella medicina e nella sicurezza.

I raggi di neutroni normalmente vengono prodotti utilizzando generatori di neutroni, che sono acceleratori di particelle che sparano il deuterio o ioni tritium in bersagli contenenti deuterio, trizio o entrambi. Deuterio e TritiLe UM sono isotopi di idrogeno contenenti rispettivamente uno e due neutroni. La fusione di deuterio e tritium produce neutroni che possono essere focalizzati in un raggio di neutroni. I generatori di neutroni di questo tipo possono essere relativamente piccoli e portatili.

Sebbene la maggior parte delle forme di radiazioni interagiscono con le nuvole di elettroni che circondano i nuclei atomici, i neutroni, essendo elettricamente neutri e non una forma di radiazione elettromagnetica, interagiscono solo con i nuclei, che sono molto piccoli in relazione all'intero atomo. Un raggio di neutroni è quindi molto penetrante e può mostrare le posizioni dei nuclei atomici all'interno di un campione di materiale. A differenza dei raggi X, i raggi di neutroni possono facilmente penetrare metalli pesanti come il piombo, ma interagiranno anche con elementi leggeri come idrogeno e carbonio. Secondo la teoria quantistica, tutte le particelle subatomiche possono comportarsi come onde, quindi i neutroni hanno lunghezze d'onda. Ciò consente un raggio di neutroniessere messo a punto; Sia la lunghezza d'onda che l'energia del raggio possono essere regolate per rilevare materiali specifici.

Le proprietà speciali dei raggi di neutroni hanno dato origine a una vasta gamma di applicazioni, in particolare come tecnica di imaging alternativa che può essere impiegata in situazioni in cui i raggi X non sono efficaci. Possono essere usati per esaminare le strutture interne dei materiali, come rilevare crepe e cavità nei componenti metallici, e per determinare le strutture atomiche e molecolari dei composti. La loro capacità di rilevare elementi più leggeri eppure passare attraverso quelli più pesanti consente di utilizzare i raggi di neutroni per i controlli di sicurezza. Possono rilevare esplosivi nascosti o materiale radioattivo, per esempio. Le travi di neutroni hanno anche importanti applicazioni mediche, in particolare nel trattamento alcune forme di cancro; La radioterapia di neutroni può distruggere tumori resistenti ai trattamenti di radioterapia convenzionali.