Nötron ışını nedir?

Bir nötron ışını, elektrik yükü olmayan atom altı parçacıklar olan ve pozitif yüklü protonlarla birlikte, sadece bir protona sahip olan en yaygın hidrojen formu dışındaki tüm kimyasal elementlerin çekirdeğinde bulunan bir nötron akımıdır. Her ne kadar nötronlar çekirdek içerisinde stabil olsalar da, serbest bir nötron bir protona, bir elektrona ve bir elektron antineutrino adı verilen başka bir partiküllere dönüşür; izole edilmiş nötronlar, 10 dakikadan biraz daha uzun bir yarı ömre sahiptir, yani bu süreden sonra, belirli bir numunedeki nötronların yarısı bozulacak demektir. Serbest nötronlar, örneğin bir nükleer reaktörde nükleer fisyon tarafından üretilir ve parçacık hızlandırıcılarında üretilebilir. Bir nötron ışını malzeme bilimi, tıp ve güvenlik alanlarında birçok önemli uygulamaya sahiptir.

Nötron ışınları normalde döteryum veya trityum iyonlarını döteryum, trityum veya her ikisini içeren hedeflere ateşleyen parçacık hızlandırıcıları olan nötron jeneratörleri kullanılarak üretilir. Döteryum ve trityum, sırasıyla bir ve iki nötron içeren hidrojen izotoplarıdır. Döteryum ve trityumun füzyonu, bir nötron ışını içine odaklanabilen nötronlar üretir. Bu tip nötron jeneratörleri nispeten küçük ve taşınabilir olabilir.

Radyasyon biçimlerinin çoğu, atom çekirdeğini çevreleyen elektron bulutları ile etkileşime girmesine rağmen, nötronlar, elektriksel olarak nötr olan ve bir elektromanyetik radyasyon biçimi olmayan, yalnızca tüm atomla çok küçük olan çekirdekler ile etkileşime girer. Bu nedenle bir nötron ışını çok delicidir ve bir atom numunesi içindeki atom çekirdeğinin pozisyonlarını gösterebilir. X ışınlarından farklı olarak, nötron ışınları kurşun gibi ağır metallere kolayca nüfuz edebilir, fakat aynı zamanda hidrojen ve karbon gibi hafif elementlerle etkileşime girebilir. Kuantum teorisine göre, tüm atom altı parçacıklar dalgalar gibi davranabildiğinden nötronların dalga boyları vardır. Bu, bir nötron ışınının ince ayar yapılmasını sağlar; Belirli malzemeleri tespit etmek için hem dalga boyu hem de ışının enerjisi ayarlanabilir.

Nötron kirişlerinin özel özellikleri, özellikle X ışınlarının etkili olmadığı durumlarda kullanılabilecek alternatif bir görüntüleme tekniği olarak çok çeşitli uygulamalara yol açmıştır. Metal bileşenlerde çatlak ve boşlukları tespit etmek gibi malzemelerin iç yapılarını incelemek ve bileşiklerin atomik ve moleküler yapılarını belirlemek için kullanılabilirler. Daha hafif elemanları tespit etme yetenekleri daha ağır olanlardan geçerek nötron ışınlarının güvenlik kontrolleri için kullanılmasını sağlar. Örneğin, gizlenmiş patlayıcıları veya radyoaktif maddeleri tespit edebilirler. Nötron ışınları da, özellikle kanserde bazı kanser türlerinin tedavisinde önemli tıbbi uygulamalara sahiptir; nötron radyoterapi, geleneksel radyoterapi tedavilerine dirençli tümörleri yok edebilir.