O que é um feixe de nêutrons?
Um feixe de nêutrons é uma corrente de nêutrons, que são partículas subatômicas que não têm carga elétrica e são encontradas, juntamente com prótons com carga positiva, nos núcleos de todos os elementos químicos, exceto a forma mais comum de hidrogênio, que possui apenas um próton. Embora os nêutrons sejam estáveis no núcleo, um nêutron livre se decompõe em um próton, um elétron e outra partícula chamada antineutrino do elétron; os nêutrons isolados têm uma meia-vida de pouco mais de 10 minutos, o que significa que após esse período, metade dos nêutrons de uma determinada amostra terá decaído. Nêutrons livres são produzidos por fissão nuclear, por exemplo em um reator nuclear, e podem ser gerados em aceleradores de partículas. Um feixe de nêutrons tem muitas aplicações importantes em ciência de materiais, medicina e segurança.
Os feixes de nêutrons normalmente são produzidos usando geradores de nêutrons, que são aceleradores de partículas que disparam íons deutério ou trítio em alvos contendo deutério, trítio ou ambos. Deutério e trítio são isótopos de hidrogênio contendo um e dois nêutrons, respectivamente. A fusão de deutério e trítio produz nêutrons que podem ser focados em um feixe de nêutrons. Os geradores de nêutrons desse tipo podem ser relativamente pequenos e portáteis.
Embora a maioria das formas de radiação interaja com as nuvens de elétrons que circundam os núcleos atômicos, os nêutrons, eletricamente neutros e não uma forma de radiação eletromagnética, interagem apenas com os núcleos, que são muito pequenos em relação a todo o átomo. Um feixe de nêutrons, portanto, é muito penetrante e pode mostrar as posições dos núcleos atômicos dentro de uma amostra de material. Ao contrário dos raios X, os feixes de nêutrons podem penetrar facilmente metais pesados, como o chumbo, mas também interagem com elementos leves, como hidrogênio e carbono. De acordo com a teoria quântica, todas as partículas subatômicas podem se comportar como ondas, de modo que os nêutrons têm comprimentos de onda. Isso permite que um feixe de nêutrons seja ajustado; o comprimento de onda e a energia do feixe podem ser ajustados para detectar materiais específicos.
As propriedades especiais dos feixes de nêutrons deram origem a uma ampla gama de aplicações, em particular como uma técnica de imagem alternativa que pode ser empregada em situações em que os raios X não são eficazes. Eles podem ser usados para examinar as estruturas internas dos materiais, como detectar rachaduras e cavidades nos componentes metálicos, e para determinar as estruturas atômicas e moleculares dos compostos. Sua capacidade de detectar elementos mais leves, mas passar por outros mais pesados, permite que feixes de nêutrons sejam usados para verificações de segurança. Eles podem detectar explosivos ocultos ou material radioativo, por exemplo. Os feixes de nêutrons também têm importantes aplicações médicas, principalmente no tratamento de algumas formas de câncer; A radioterapia de nêutrons pode destruir tumores resistentes aos tratamentos de radioterapia convencionais.