ลำแสงนิวตรอนเป็นลำธารของนิวตรอนซึ่งเป็นอนุภาคของอะตอมที่ไม่มีประจุไฟฟ้าและถูกค้นพบพร้อมกับโปรตอนที่มีประจุบวกในนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดยกเว้นรูปแบบทั่วไปของไฮโดรเจนซึ่งมีเพียงโปรตอน แม้ว่านิวตรอนจะเสถียรในนิวเคลียส แต่นิวตรอนอิสระสลายตัวเป็นโปรตอนอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นที่เรียกว่าอิเล็กตรอน antineutrino นิวตรอนที่แยกได้มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 10 นาทีซึ่งหมายความว่าหลังจากช่วงเวลานี้นิวตรอนครึ่งหนึ่งในตัวอย่างที่กำหนดจะสลายตัว นิวตรอนอิสระผลิตโดยการแยกด้วยนิวเคลียร์เช่นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และสามารถสร้างขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาค ลำแสงนิวตรอนมีการใช้งานที่สำคัญมากมายในด้านวัสดุศาสตร์การแพทย์และความปลอดภัย
โดยปกติแล้วนิวตรอนคานจะผลิตโดยใช้เครื่องกำเนิดนิวตรอนซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ยิงดิวทีเรียมหรือไอโซโทปไอโซโทปเข้าไปในเป้าหมายที่มีดิวเทอเรียม, ไอโซโทปหรือทั้งสองอย่าง ดิวทีเรียมและทริเทียมเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่บรรจุนิวตรอนหนึ่งและสองตัวตามลำดับ ฟิวชั่นของดิวเทอเรียมและทริเทียมผลิตนิวตรอนที่สามารถโฟกัสลงในลำแสงนิวตรอน เครื่องกำเนิดนิวตรอนประเภทนี้มีขนาดค่อนข้างเล็กและพกพาได้
แม้ว่ารูปแบบการแผ่รังสีส่วนใหญ่จะมีปฏิสัมพันธ์กับกลุ่มเมฆของอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบนิวเคลียสของอะตอม แต่นิวตรอนนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่ใช่รูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่มีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสเท่านั้น ลำแสงนิวตรอนจึงถูกเจาะทะลุและสามารถแสดงตำแหน่งของนิวเคลียสของอะตอมภายในตัวอย่างของวัสดุ ซึ่งแตกต่างจากรังสีเอกซ์ลำแสงนิวตรอนสามารถเจาะโลหะหนักเช่นตะกั่ว แต่ยังจะโต้ตอบกับองค์ประกอบแสงเช่นไฮโดรเจนและคาร์บอน ตามทฤษฎีควอนตัมอนุภาคย่อยทั้งหมดสามารถทำตัวเป็นคลื่นได้ดังนั้นนิวตรอนมีความยาวคลื่น สิ่งนี้ทำให้ลำนิวตรอนถูกปรับแต่ง ทั้งความยาวคลื่นและพลังงานของลำแสงสามารถปรับได้เพื่อตรวจจับวัสดุเฉพาะ
คุณสมบัติพิเศษของลำแสงนิวตรอนทำให้เกิดการใช้งานที่หลากหลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคนิคการถ่ายภาพทางเลือกที่สามารถใช้งานได้ในสถานการณ์ที่รังสีเอกซ์ไม่มีประสิทธิภาพ สามารถใช้เพื่อตรวจสอบโครงสร้างภายในของวัสดุเช่นการตรวจจับรอยแตกและโพรงในชิ้นส่วนโลหะและเพื่อกำหนดโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลของสารประกอบ ความสามารถในการตรวจจับองค์ประกอบที่มีน้ำหนักเบา แต่ยังผ่านวัตถุที่หนักกว่าทำให้สามารถใช้ลำนิวตรอนเพื่อตรวจสอบความปลอดภัยได้ พวกเขาสามารถตรวจจับวัตถุระเบิดที่ซ่อนอยู่หรือสารกัมมันตรังสี ลำนิวตรอนยังมีการใช้งานทางการแพทย์ที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรักษาโรคมะเร็งบางรูปแบบ; การบำบัดด้วยรังสีนิวตรอนสามารถทำลายเนื้องอกที่มีความทนทานต่อการรักษาด้วยรังสีแบบทั่วไป
