Discutiré los resultados más comunes de las interacciones de neutrones con otros núcleos. Estas reacciones siempre compiten entre sí, y sus probabilidades se describen mediante secciones transversales nucleares.
- La dispersión elástica es lo que sucede cuando el neutrón rebota en un núcleo objetivo sin ser absorbido, y en el que se conserva el impulso y la energía cinética. Este proceso juega un papel importante en los reactores nucleares, donde es ventajoso ralentizar los neutrones rápidos.
- La dispersión inelástica ocurre cuando parte de la energía de movimiento del neutrón (energía cinética) se utiliza en la excitación de un núcleo objetivo, es decir, la energía cinética no se conserva. El neutrón no se absorbe en este proceso, pero sigue siendo un neutrón libre y con toda probabilidad continuará y se absorberá más tarde. El núcleo excitado generalmente pierde su energía de excitación en forma de radiación gamma. Un ejemplo prolífico es la colisión de un neutrón rápido con el núcleo F-19, promoviendo a F-19 a su segundo estado excitado que luego decae con la emisión de un rayo gamma de ~ 200 keV. El plomo también es excelente para convertir la energía de los neutrones rápidos en radiación gamma de dispersión inelástica, un hecho que a veces tiene una influencia importante en el diseño del blindaje contra la radiación.
- La captura radiactiva describe el proceso en el que el núcleo objetivo absorbe el neutrón con la emisión concomitante de uno o más rayos gamma (los llamados rayos gamma rápidos). La captura de un neutrón por hidrógeno ligero para formar deuterio es común: H-1 (n, g) H-2. En este caso, se emite un rayo gamma y tiene una energía de 2.22 MeV. El producto de deuterio es estable.
- La captura radiactiva, seguida de la desintegración radiactiva , es un escenario común porque la adición de un neutrón a un núcleo natural y estable a menudo lo hace demasiado rico en neutrones para la estabilidad. Se deshace del exceso de equilibrio de neutrones por la desintegración beta. Por ejemplo: Na-23 (n, g) Na-24, seguido de Na-24 -> Mg-24 (15 horas; desintegración beta negativa). Se emite un estallido de rayos gamma cuando el núcleo de sodio captura el neutrón, y luego, en algún momento, probablemente en las próximas horas, el nuevo núcleo de sodio emite una partícula beta, un neutrino y, con toda probabilidad, otro rayo gamma a medida que termina. -excitación a un producto estable. La captura radiactiva es una buena manera de hacer radioisótopos emisores de beta y gamma. Es cómo se cría Pu-239 a partir de U-238 en reactores nucleares.
- La emisión de partículas cargadas es probable solo para los núcleos muy ligeros, la razón es que la barrera electrostática de Coulomb es más alta para los núcleos más grandes. Estas reacciones forman la base para la mayoría de los tipos de detección de neutrones. Por ejemplo, B-10 (n, a) Li-7. En este ejemplo, un núcleo de boro come un neutrón y explota, emitiendo no solo una enérgica partícula alfa (núcleo He-4) sino también otro núcleo, un núcleo de litio estable. Esta es la reacción detrás de la terapia de captura de boro y neutrones (BNCT), muchas variedades de detectores de neutrones, barras de control en algunos tipos de reactores nucleares y algo de blindaje de neutrones. Las partículas cargadas son fáciles de detener y fáciles de medir directamente. Los neutrones no son ninguno.
- La fisión es lo que sucede cuando un núcleo muy pesado e inestable se desgarra en dos o tres piezas cargadas y varios neutrones libres. A veces, la mera adición de un neutrón a un núcleo da como resultado un núcleo compuesto inestable que se fisiona casi instantáneamente, por ejemplo, U-235 (n, f). A veces, un neutrón debe traer energía cinética adicional al núcleo para desestabilizarlo lo suficiente con respecto a la fisión, por ejemplo, U-238 (n, f) que ocurre solo con neutrones en exceso de aproximadamente 1 MeV. A diferencia de la emisión de partículas cargadas, los productos de fisión no son deterministas, sino que se describen mediante distribuciones de probabilidad. Algunos de estos productos son radiactivos y son partes importantes de los desechos nucleares.
Esta no es una lista exhaustiva, y no considera los tipos de reacciones que a veces se encuentran con neutrones de muy alta energía (decenas a miles de MeV). Espero que sea un resumen útil.
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