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 y 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 solo se pierde un neutrón en este proceso, el número de protones permanece invariable 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 un 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 por 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 desintegra 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 denota 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.
Algunos nucleidos pueden ser inducidos a expulsar un neutrón mediante radiación gamma . Uno de estos nucleidos es el 9Be ; su fotodesintegración es significativa en astrofísica nuclear, en relación con la abundancia de berilio y las consecuencias de la inestabilidad del 8Be . Esto también hace que este isótopo sea útil como fuente de neutrones en reactores nucleares. [2] También se sabe que otro nucleido, el 181Ta , es fácilmente capaz de fotodesintegrarse; se cree que este proceso es responsable de la creación del 180mTa , el único isómero nuclear primordial y el nucleido primordial más raro . [3]
La emisión de neutrones suele producirse a partir de núcleos que se encuentran en un estado excitado, como el 17 O* excitado producido a partir de la desintegración beta del 17 N. El proceso de emisión de neutrones en sí mismo está controlado por la fuerza nuclear y, por lo tanto, es extremadamente rápido, a veces denominado "casi instantáneo". Este proceso permite que los átomos inestables se vuelvan más estables. La expulsión 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 nucleones.
La mayor parte de la emisión de neutrones fuera de la producción inmediata de neutrones asociada con la fisión (ya sea inducida o espontánea), proviene de isótopos pesados en neutrones producidos como productos de fisión . Estos neutrones a veces se emiten con un retraso, lo que les da el término de neutrones retardados , pero el retraso real en su producción es un retraso de espera para la desintegración beta de los productos de fisión para producir los precursores nucleares en estado excitado que experimentan inmediatamente la emisión inmediata de neutrones. Por lo tanto, el retraso en la emisión de neutrones no se debe al proceso de producción de neutrones, sino más bien a la desintegración beta de su precursor, que está controlada por la fuerza débil y, por lo tanto, requiere un tiempo mucho más largo. Las vidas medias de desintegración beta de los precursores de los radioisótopos emisores de neutrones retardados son, por lo general, fracciones de segundo a decenas de segundos.
Sin embargo, los neutrones retardados emitidos por productos de fisión ricos en neutrones ayudan al control de los reactores nucleares al hacer que el cambio de reactividad sea mucho más lento que si estuviera controlado 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 humanas, sin llegar a un estado crítico rápido y a una fusión descontrolada.
Un sinónimo de esta emisión de neutrones es la producción de " neutrones instantáneos ", del tipo que se sabe que ocurre simultáneamente con la fisión nuclear inducida . La fisión inducida ocurre solo cuando un núcleo es bombardeado con neutrones, rayos gamma u otros portadores de energía. Muchos isótopos pesados, en particular el californio-252 , también emiten neutrones instantáneos 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.