La emisión de neutrones es un modo de desintegración radiactiva en el que uno o más neutrones son expulsados de un núcleo . Ocurre en los nucleidos más ricos en neutrones o deficientes en protones , y también en estados excitados de otros nucleidos, como en la emisión de fotoneutrones y la emisión de neutrones beta retardada. Como en este proceso sólo se pierde un neutrón, el número de protones permanece sin cambios y un átomo no se convierte en un átomo de un elemento diferente, sino en un isótopo diferente del mismo elemento.
Los neutrones también se producen en la fisión espontánea e inducida de ciertos nucleidos pesados.
Como consecuencia del principio de exclusión de Pauli , los núcleos con exceso de protones o neutrones tienen una energía media por nucleón mayor. Los núcleos con un exceso suficiente de neutrones tienen una energía mayor que la combinación de un neutrón libre y un núcleo con un neutrón menos y, por tanto, pueden desintegrarse por emisión de neutrones. Los núcleos que pueden desintegrarse mediante este proceso se describen como situados más allá de la línea de goteo de neutrones .
Dos ejemplos de isótopos que emiten neutrones son el berilio-13 (que se descompone en berilio-12 con una vida media2,7 × 10 −21 s ) y helio-5 ( helio-4 ,7 × 10 −22 s ). [1]
En las tablas de modos de desintegración nuclear, la emisión de neutrones se indica comúnmente con la abreviatura n .
Algunos isótopos ricos en neutrones se desintegran mediante la emisión de dos o más neutrones. Por ejemplo, el hidrógeno-5 y el helio-10 se desintegran mediante la emisión de dos neutrones, el hidrógeno-6 mediante la emisión de 3 o 4 neutrones y el hidrógeno-7 mediante la emisión de 4 neutrones.
Se puede inducir a algunos nucleidos a expulsar un neutrón mediante radiación gamma . Uno de esos nucleidos es el 9 Be ; su fotodesintegración es significativa en astrofísica nuclear, en relación con la abundancia de berilio y las consecuencias de la inestabilidad del 8 Be . Esto también hace que este isótopo sea útil como fuente de neutrones en reactores nucleares. [2] También se sabe que otro nucleido, el 181 Ta , es fácilmente capaz de fotodesintegrarse; Se cree que este proceso es responsable de la creación de 180m Ta , el único isómero nuclear primordial y el nucleido primordial más raro . [3]
La emisión de neutrones generalmente ocurre desde núcleos que están en un estado excitado, como el 17 O* excitado producido por la desintegración beta del 17 N. El proceso de emisión de neutrones en sí está controlado por la fuerza nuclear y, por lo tanto, es extremadamente rápido, a veces denominado como "casi instantáneo". Este proceso permite que los átomos inestables se vuelvan más estables. La eyección del neutrón puede ser producto del movimiento de muchos nucleones, pero en última instancia está mediada por la acción repulsiva de la fuerza nuclear que existe a distancias extremadamente cortas entre los nucleones.
La mayor parte de las emisiones de neutrones fuera de la producción inmediata de neutrones asociada con la fisión (ya sea inducida o espontánea), proviene de isótopos pesados de neutrones producidos como productos de fisión . Estos neutrones a veces se emiten con un retraso, lo que les da el término neutrones retardados , pero el retraso real en su producción es un retraso a la espera de que la desintegración beta de los productos de fisión produzca los precursores nucleares en estado excitado que inmediatamente se someten a una rápida emisión de neutrones. Por lo tanto, el retraso en la emisión de neutrones no se debe al proceso de producción de neutrones, sino a su precursora desintegración beta, que está controlada por la fuerza débil y, por lo tanto, requiere un tiempo mucho más largo. La vida media de la desintegración beta de los precursores de los radioisótopos emisores de neutrones retardados suele ser de fracciones de segundo a decenas de segundos.
Sin embargo, los neutrones retardados emitidos por los productos de fisión ricos en neutrones ayudan al control de los reactores nucleares al hacer que la reactividad cambie mucho más lentamente que si estuviera controlada únicamente por neutrones rápidos. Alrededor del 0,65% de los neutrones se liberan en una reacción nuclear en cadena de forma retardada debido al mecanismo de emisión de neutrones, y es esta fracción de neutrones la que permite controlar un reactor nuclear en escalas de tiempo de reacción humana, sin proceder a un pronto estado crítico y desbocado se derrite.
Un sinónimo de tal emisión de neutrones es la producción " pronta de neutrones ", del tipo que se sabe que ocurre simultáneamente con la fisión nuclear inducida . La fisión inducida ocurre sólo cuando un núcleo es bombardeado con neutrones, rayos gamma u otros portadores de energía. Muchos isótopos pesados, sobre todo el californio-252 , también emiten neutrones rápidos entre los productos de un proceso similar de desintegración radiactiva espontánea, la fisión espontánea .
La fisión espontánea ocurre cuando un núcleo se divide en dos (ocasionalmente tres ) núcleos más pequeños y generalmente uno o más neutrones.