Hva er en nøytralstråle?
En nøytronstråle er en strøm av nøytroner, som er subatomære partikler som ikke har noen elektrisk ladning og finnes, sammen med positivt ladede protoner, i kjernene til alle kjemiske elementer bortsett fra den vanligste formen for hydrogen, som bare har et proton. Selv om nøytroner er stabile i kjernen, avtar et fritt nøytron til et proton, et elektron og en annen partikkel som kalles et elektronantineutrino; isolerte nøytroner har en halveringstid på litt mer enn 10 minutter, noe som betyr at etter denne perioden vil halvparten av nøytronene i en gitt prøve ha forfalt. Frie nøytroner produseres ved kjernefysjon, for eksempel i en atomreaktor, og kan genereres i partikkelakseleratorer. En nøytronstråle har mange viktige bruksområder innen materialvitenskap, medisin og sikkerhet.
Neutronstråler produseres normalt ved bruk av nøytrongeneratorer, som er partikkelakseleratorer som fyrer deuterium eller tritiumioner til mål som inneholder deuterium, tritium eller begge deler. Deuterium og tritium er isotoper av hydrogen som inneholder henholdsvis én og to nøytroner. Fusjon av deuterium og tritium produserer nøytroner som kan fokuseres i en nøytronstråle. Neutrongeneratorer av denne typen kan være relativt små og bærbare.
Selv om de fleste former for stråling interagerer med skyene av elektroner som omgir atomkjerner, samvirker nøytroner, som er elektrisk nøytrale og ikke en form for elektromagnetisk stråling, bare med kjernene, som er veldig små i forhold til hele atomet. En nøytronstråle er derfor veldig gjennomtrengende og kan vise stillingene til atomkjerner i en prøve av materiale. I motsetning til røntgenstråler, kan nøytronstråler lett trenge gjennom tungmetaller som bly, men vil også samvirke med lette elementer som hydrogen og karbon. I følge kvanteteori kan alle subatomiske partikler oppføre seg som bølger, så nøytroner har bølgelengder. Dette gjør det mulig å finjustere en nøytronstråle; både bølgelengde og energi fra strålen kan justeres for å oppdage spesifikke materialer.
De spesielle egenskapene til nøytronstråler har gitt opphav til et bredt spekter av anvendelser, spesielt som en alternativ avbildningsteknikk som kan brukes i situasjoner hvor røntgenstråler ikke er effektive. De kan brukes til å undersøke de indre strukturene i materialer, for eksempel å oppdage sprekker og hulrom i metallkomponenter, og for å bestemme atom- og molekylstrukturen til forbindelser. Deres evne til å oppdage lettere elementer, men likevel passere gjennom tyngre, gjør at nøytronstråler kan brukes til sikkerhetskontroll. De kan for eksempel oppdage skjulte eksplosiver eller radioaktivt materiale. Neutronstråler har også viktige medisinske anvendelser, spesielt ved behandling av noen former for kreft; nøytron strålebehandling kan ødelegge svulster som er motstandsdyktige mot konvensjonell strålebehandling.