Neutrón

El neutrón es una partícula subatómica , símbolo
norte
o
norte⁰
, que tiene carga neutra (ni positiva ni negativa), y una masa ligeramente mayor que la de un protón . Los protones y los neutrones constituyen los núcleos de los átomos . Dado que los protones y los neutrones se comportan de manera similar dentro del núcleo, a ambos se les denomina nucleones . Los nucleones tienen una masa de aproximadamente una unidad de masa atómica, o dalton , de símbolo Da. Sus propiedades e interacciones están descritas por la física nuclear . Los protones y los neutrones no son partículas elementales ; cada uno está compuesto por tres quarks .

Las propiedades químicas de un átomo están determinadas principalmente por la configuración de los electrones que orbitan alrededor del núcleo pesado del átomo. La configuración electrónica está determinada por la carga del núcleo, que está determinada por el número de protones, o número atómico . El número de neutrones es el número de neutrones . Los neutrones no afectan la configuración electrónica.

Los átomos de un elemento químico que difieren sólo en el número de neutrones se llaman isótopos . Por ejemplo, el carbono , de número atómico 6, tiene un isótopo abundante carbono-12 con 6 neutrones y un isótopo raro carbono-13 con 7 neutrones. Algunos elementos se encuentran en la naturaleza con un solo isótopo estable , como el flúor . Otros elementos se presentan con muchos isótopos estables, como el estaño con diez isótopos estables, o sin ningún isótopo estable, como el tecnecio .

Las propiedades de un núcleo atómico dependen tanto del número atómico como del de neutrones. Con su carga positiva, los protones dentro del núcleo son repelidos por la fuerza electromagnética de largo alcance , pero la fuerza nuclear , mucho más fuerte, pero de corto alcance, une estrechamente a los nucleones. Los neutrones son necesarios para la estabilidad de los núcleos, a excepción del núcleo de hidrógeno de un solo protón . Los neutrones se producen copiosamente en la fisión y fusión nucleares . Son un contribuyente principal a la nucleosíntesis de elementos químicos dentro de las estrellas mediante procesos de fisión, fusión y captura de neutrones .

El neutrón es esencial para la producción de energía nuclear. En la década posterior al descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932, se utilizaron neutrones para inducir muchos tipos diferentes de transmutaciones nucleares . Con el descubrimiento de la fisión nuclear en 1938, rápidamente se comprendió que, si un evento de fisión producía neutrones, cada uno de estos neutrones podría causar más eventos de fisión, en una cascada conocida como reacción nuclear en cadena . Estos acontecimientos y hallazgos condujeron al primer reactor nuclear autosostenible ( Chicago Pile-1 , 1942) y a la primera arma nuclear ( Trinity , 1945).

Las fuentes de neutrones dedicadas , como los generadores de neutrones , los reactores de investigación y las fuentes de espalación, producen neutrones libres para su uso en experimentos de irradiación y dispersión de neutrones . Un neutrón libre se desintegra espontáneamente en un protón, un electrón y un antineutrino , con una vida media de unos 15 minutos. Los neutrones libres no ionizan directamente los átomos, pero sí provocan radiación ionizante indirectamente , por lo que pueden suponer un peligro biológico, dependiendo de la dosis. En la Tierra existe un pequeño flujo natural de "fondo de neutrones" de neutrones libres, causado por lluvias de rayos cósmicos y por la radiactividad natural de elementos espontáneamente fisionables en la corteza terrestre .

Neutrones en un núcleo atómico.

Un núcleo atómico está formado por un número de protones, Z (el número atómico ), y un número de neutrones, N (el número de neutrones ), unidos por la fuerza nuclear . Los protones y los neutrones tienen cada uno una masa de aproximadamente un dalton . El número atómico determina las propiedades químicas del átomo y el número de neutrones determina el isótopo o nucleido . ^[7] Los términos isótopo y nucleido suelen utilizarse como sinónimos , pero se refieren a propiedades químicas y nucleares, respectivamente. Los isótopos son nucleidos con el mismo número atómico, pero diferente número de neutrones. Los nucleidos con el mismo número de neutrones, pero diferente número atómico, se llaman isótonos . El número de masa atómica , A , es igual a la suma de los números atómicos y de neutrones. Los nucleidos con el mismo número de masa atómica, pero diferente número atómico y de neutrones, se llaman isobaras . La masa de un núcleo es siempre ligeramente menor que la suma de sus masas de protones y neutrones: la diferencia de masa representa la masa equivalente a la energía de enlace nuclear, la energía que sería necesario agregar para desarmar el núcleo. ^[8]^{: 822}

El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (con el símbolo químico ¹ H) es un protón solitario. Los núcleos de los isótopos pesados del hidrógeno, el deuterio (D o ² H) y el tritio (T o ³ H), contienen un protón unido a uno y dos neutrones, respectivamente. Todos los demás tipos de núcleos atómicos están compuestos por dos o más protones y varios números de neutrones. El nucleido más común del elemento químico común plomo , ²⁰⁸ Pb, tiene 82 protones y 126 neutrones, por ejemplo. La tabla de nucleidos comprende todos los nucleidos conocidos. Aunque no es un elemento químico, el neutrón sí está incluido en esta tabla. ^[9]

Los protones y los neutrones se comportan casi de manera idéntica bajo la influencia de la fuerza nuclear dentro del núcleo. Por lo tanto, ambos se denominan colectivamente nucleones . ^[10] El concepto de isospin , en el que el protón y el neutrón se consideran dos estados cuánticos de la misma partícula, se utiliza para modelar las interacciones de los nucleones por las fuerzas nucleares o débiles. Debido a la fuerza de la fuerza nuclear en distancias cortas, la energía nuclear que une los nucleones es más de siete órdenes de magnitud mayor que la energía electromagnética que une los electrones en los átomos. Por lo tanto, las reacciones nucleares (como la fisión nuclear ) tienen una densidad de energía que es más de diez millones de veces mayor que la de las reacciones químicas . En última instancia, la capacidad de la fuerza nuclear para almacenar energía procedente de la repulsión electromagnética de los componentes nucleares es la base de la mayor parte de la energía que hace posibles los reactores o bombas nucleares. En la fisión nuclear, la absorción de un neutrón por un nucleido pesado (p. ej., uranio-235 ) hace que el nucleido se vuelva inestable y se rompa en nucleidos ligeros y neutrones adicionales. Los nucleidos ligeros cargados positivamente se repelen, liberando energía potencial electromagnética .

desintegración beta

Los neutrones y los protones dentro de un núcleo se comportan de manera similar y pueden intercambiar sus identidades mediante reacciones similares. Estas reacciones son una forma de desintegración radiactiva conocida como desintegración beta . La desintegración beta, en la que los neutrones se desintegran en protones, o viceversa, se rige por la fuerza débil y requiere la emisión o absorción de electrones y neutrinos, o sus antipartículas. Las reacciones de desintegración de neutrones y protones son:

norte 0 \to pag + + mi - + v mi

dónde
pag⁺
,
mi⁻
, y $v mi$ denotar los productos de desintegración de antineutrinos de protones, electrones y electrones , ^[11] y

pag + \to norte 0 + mi + + v mi

dónde
norte⁰
,
mi⁺
, y $v mi$ denota los productos de desintegración de neutrones, positrones y neutrinos electrónicos.

El electrón y el positrón producidos en estas reacciones se conocen históricamente como partículas beta , denotadas β ⁻ o β ⁺ respectivamente, lo que da nombre al proceso de desintegración. En estas reacciones, la partícula original no está compuesta por las partículas del producto; más bien, las partículas del producto se crean en el instante de la reacción.

El neutrón "libre"

Los neutrones o protones "libres" son nucleones que existen de forma independiente, libres de cualquier núcleo.

El neutrón libre tiene una masa de939 565 413 , 3 eV/ c ² , o1,674 927 471 × 10 ⁻²⁷ kg , o1.008 664 915 88 Da . ^{[4] El neutrón tiene un}radio cuadrático medio de aproximadamente0,8 × 10 ⁻¹⁵ m , o0,8 fm , ^[12] y es un fermión de espín-½ . ^[13] El neutrón no tiene carga eléctrica mensurable. Con su carga eléctrica positiva, el protón se ve directamente influenciado por los campos eléctricos , mientras que el neutrón no se ve afectado por los campos eléctricos. Pero el neutrón tiene un momento magnético , por lo que está influenciado por campos magnéticos . Las propiedades específicas del neutrón se describen a continuación en la sección Propiedades intrínsecas.

Fuera del núcleo, los neutrones libres son inestables y tienen una vida media de879,6 ± 0,8 s (aproximadamente 14 minutos, 40 segundos) por desintegración beta; por lo tanto, la vida media de este proceso (que difiere de la vida media en un factor de $ln (2) = 0,693$ ) es610,1 ± 0,7 s (aproximadamente 10 minutos, 10 segundos). ^[14]^[15] Esta desintegración, que produce un protón, un electrón y un antineutrino electrónico, es posible porque la masa del neutrón es ligeramente mayor que la del protón. Según la equivalencia masa-energía, cuando un neutrón se desintegra en un protón de esta manera, se alcanza un estado de energía más bajo.

Para el neutrón libre, la energía de desintegración de este proceso (basada en las masas del neutrón, el protón y el electrón) es0,782 343 MeV . En comparación, la energía de masa del neutrón es 939,6 MeV. La energía máxima del electrón en desintegración beta (en el proceso en el que el neutrino recibe una cantidad extremadamente pequeña de energía cinética) se ha medido en0,782 ± 0,013 MeV . ^[16] Este último número no se mide lo suficientemente bien como para determinar la masa en reposo comparativamente pequeña del neutrino (que en teoría debe restarse de la energía cinética máxima del electrón). La masa del neutrino se limita mejor mediante muchos otros métodos.

La desintegración de un protón libre en un neutrón más masivo está energéticamente prohibida. Sin embargo, una colisión de alta energía entre un protón y un electrón o neutrino puede dar lugar a un neutrón.

Una pequeña fracción (aproximadamente uno en 1000) de neutrones libres se desintegra con los mismos productos, pero agrega una partícula adicional en forma de rayo gamma emitido:

norte 0 \to pag + + mi - + v mi + γ

Este rayo gamma puede considerarse como una " bremsstrahlung interna " que surge de la interacción electromagnética de la partícula beta emitida con el protón. La producción interna de rayos gamma bremsstrahlung es también una característica menor de las desintegraciones beta de neutrones unidos (como se analiza más adelante).

Una minoría muy pequeña de desintegraciones de neutrones (aproximadamente cuatro por millón) son las llamadas "desintegraciones de dos cuerpos (neutrones)", en las que se producen como de costumbre un protón, un electrón y un antineutrino, pero el electrón no logra ganar el13,6 eV de energía necesaria para escapar del protón (la energía de ionización del hidrógeno ), y por tanto simplemente permanece unido a él, formando un átomo de hidrógeno neutro (uno de los "dos cuerpos"). En este tipo de desintegración de neutrones libres, casi toda la energía de desintegración de neutrones es transportada por el antineutrino (el otro "cuerpo"). (El átomo de hidrógeno retrocede con una velocidad de sólo aproximadamente (energía de desintegración)/(energía en reposo del hidrógeno) veces la velocidad de la luz, o250 km/s .)

Neutrones y protones unidos en un núcleo.

Los neutrones son un constituyente necesario de cualquier núcleo atómico que contenga más de un protón. Como resultado de sus cargas positivas, los protones que interactúan tienen una repulsión electromagnética mutua que es más fuerte que su interacción nuclear atractiva , por lo que los núcleos formados únicamente por protones son inestables (ver diprotón y relación neutrón-protón ). ^[17] Los neutrones se unen a los protones y entre sí en el núcleo a través de la fuerza nuclear , moderando efectivamente las fuerzas repulsivas entre los protones y estabilizando el núcleo.

Mientras que un neutrón libre tiene una vida media de aproximadamente10,2 min y un protón libre es estable, dentro de los núcleos los neutrones suelen ser estables y los protones a veces son inestables. Cuando se unen dentro de un núcleo, los nucleones pueden desintegrarse mediante el proceso de desintegración beta. Los neutrones y protones de un núcleo forman un sistema mecánico cuántico según el modelo de capa nuclear . Los protones y neutrones de un nucleido están organizados en niveles de energía jerárquicos discretos con números cuánticos únicos . La desintegración de nucleones dentro de un núcleo puede ocurrir si lo permiten la conservación de energía básica y las limitaciones de la mecánica cuántica. Los productos de desintegración, es decir, las partículas emitidas, se llevan el exceso de energía a medida que un nucleón cae de un estado cuántico a uno con menos energía, mientras que el neutrón (o protón) cambia a protón (o neutrón).

Para que un neutrón se desintegre, el protón resultante requiere un estado disponible con menor energía que el estado inicial del neutrón. En los núcleos estables, todos los posibles estados de menor energía están llenos, lo que significa que cada estado está ocupado por un par de protones, uno con espín ascendente y otro con espín descendente. Cuando se llenan todos los estados de protones disponibles, el principio de exclusión de Pauli no permite la desintegración de un neutrón a un protón dentro de núcleos estables. La situación es similar a la de los electrones de un átomo, donde el principio de exclusión impide que los electrones que ocupan orbitales atómicos distintos decaigan a estados de energía más bajos, ya llenos, con la emisión de un fotón . La estabilidad de los núcleos y la radiactividad de los nucleidos son consecuencias de estas limitaciones.

Un ejemplo de la desintegración de un neutrón dentro de un nucleido es el isótopo de carbono carbono-14 , que tiene 6 protones y 8 neutrones. Con su exceso de neutrones, este isótopo se desintegra por desintegración beta a nitrógeno-14 (7 protones, 7 neutrones) con una vida media de aproximadamente5.730 años . La desintegración emite un electrón y un antineutrino electrónico. El nitrógeno-14 es estable, ya que ninguno de sus protones o neutrones tiene disponibles estados cuánticos de menor energía.

La transformación de un protón en un neutrón dentro de un núcleo también es posible mediante la captura de electrones :

pag + + mi - \to norte 0 + v mi

La captura de positrones por neutrones en núcleos que contienen un exceso de neutrones también es posible, pero se ve obstaculizada porque los positrones son relativamente raros en la materia ordinaria y se aniquilan rápidamente cuando se encuentran con electrones (que son mucho menos raros) y, en cualquier caso, son repelidos por los electrones. núcleo positivo. Reacciones similares, pero mucho más raras, implican la captura de un neutrino por un nucleón en desintegración beta inversa .

Competencia de tipos de desintegración beta.

El isótopo único cobre-64 (29 protones, 35 neutrones), que tiene una vida media de aproximadamente 12,7 horas, ilustra tres tipos de desintegración beta en competencia . Este isótopo tiene un protón y un neutrón desapareados, por lo que tanto el protón como el neutrón pueden desintegrarse. Este nucleido en particular tiene casi la misma probabilidad de sufrir desintegración de protones (por emisión de positrones , 18% o por captura de electrones , 43%; ambos formando64Ni) o desintegración de neutrones (por emisión de electrones, 39%; formando⁶⁴
zinc
).

El neutrón en la física de partículas elementales: el modelo estándar

Dentro del marco teórico del modelo estándar para la física de partículas, un neutrón se compone de dos quarks down con carga :1/3e y unquark arribacon carga+2/3mi . . El neutrón es, por tanto, una partícula compuesta clasificada como hadrón . El neutrón también se clasifica como barión , porque está compuesto por tres quarks de valencia .^[18] El tamaño finito del neutrón y su momento magnético indican que el neutrón es una partícula compuesta , más que elemental .

Los quarks del neutrón se mantienen unidos gracias a la fuerza fuerte , mediada por los gluones . ^[19] La fuerza nuclear resulta de efectos secundarios de la fuerza fuerte más fundamental .

El único modo de desintegración posible para el neutrón que conserva el número bariónico es que uno de los quarks del neutrón cambie de sabor a través de la interacción débil . La desintegración de uno de los quarks down del neutrón en un quark up más ligero se puede lograr mediante la emisión de un bosón W. Mediante este proceso, la descripción del modelo estándar de desintegración beta, el neutrón se desintegra en un protón (que contiene un quark abajo y dos arriba), un electrón y un antineutrino electrónico .

La desintegración del protón en neutrón ocurre de manera similar a través de la fuerza débil. La desintegración de uno de los quarks up del protón en un quark down puede lograrse mediante la emisión de un bosón W. El protón se desintegra en un neutrón, un positrón y un neutrino electrónico. Esta reacción sólo puede ocurrir dentro de un núcleo atómico que tenga un estado cuántico con menor energía disponible para el neutrón creado.

Descubrimiento

La historia del descubrimiento del neutrón y sus propiedades es fundamental para los extraordinarios avances en la física atómica que se produjeron en la primera mitad del siglo XX y que finalmente condujeron a la bomba atómica en 1945. En el modelo de Rutherford de 1911 , el átomo estaba formado por un pequeño núcleo masivo cargado positivamente rodeado por una nube mucho más grande de electrones cargados negativamente. En 1920, Ernest Rutherford sugirió que el núcleo estaba formado por protones positivos y partículas con carga neutra, sugiriendo que estaba formado por un protón y un electrón unidos de alguna manera. ^[20] Se suponía que los electrones residían dentro del núcleo porque se sabía que la radiación beta consistía en electrones emitidos desde el núcleo. ^[20] Aproximadamente en el momento en que Rutherford sugirió el compuesto neutro de protón y electrón, aparecieron varias otras publicaciones haciendo sugerencias similares, y en 1921 el químico estadounidense WD Harkins nombró por primera vez a la partícula hipotética como "neutrón". ^[21]^[22] El nombre deriva de la raíz latina para neutralis (neutro) y el sufijo griego -on (un sufijo utilizado en los nombres de partículas subatómicas, es decir, electrón y protón ). ^[23]^[24] Sin embargo, ya en 1899 se pueden encontrar referencias a la palabra neutrón en relación con el átomo en la literatura. ^[22]

A lo largo de la década de 1920, los físicos asumieron que el núcleo atómico estaba compuesto de protones y "electrones nucleares", ^[25]^[26] pero esto planteó problemas obvios. Era difícil conciliar el modelo protón-electrón del núcleo con la relación de incertidumbre de Heisenberg de la mecánica cuántica. ^[27]^[28] La paradoja de Klein , ^[29] descubierta por Oskar Klein en 1928, presentó más objeciones de la mecánica cuántica a la noción de un electrón confinado dentro de un núcleo. ^[27] Las propiedades observadas de los átomos y las moléculas eran inconsistentes con el espín nuclear esperado de la hipótesis protón-electrón. Tanto los protones como los electrones tienen un espín intrínseco de1/2ħ . Los isótopos de la misma especie (es decir, que tienen el mismo número de protones) pueden tener espín tanto entero como fraccionario, es decir, el espín del neutrón debe ser también fraccionario (1/2ħ ). Pero no hay manera de ordenar los espines de un electrón y un protón (que se supone que se unen para formar un neutrón) para obtener el espín fraccionario de un neutrón.

En 1931, Walther Bothe y Herbert Becker descubrieron que si la radiación de partículas alfa del polonio caía sobre berilio , boro o litio , se producía una radiación inusualmente penetrante. La radiación no estaba influenciada por un campo eléctrico, por lo que Bothe y Becker supusieron que se trataba de radiación gamma . ^[30]^[31] Al año siguiente, Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot-Curie demostraron en París que si esta radiación "gamma" incidía sobre parafina , o cualquier otro compuesto que contenía hidrógeno , expulsaba protones de muy alta energía. ^[32] Ni Rutherford ni James Chadwick del Laboratorio Cavendish de Cambridge quedaron convencidos por la interpretación de los rayos gamma. ^[33] Chadwick realizó rápidamente una serie de experimentos que demostraron que la nueva radiación consistía en partículas sin carga con aproximadamente la misma masa que el protón. ^[34]^[35]^[36] Estas propiedades coincidían con la hipótesis del neutrón de Rutherford. Chadwick ganó el Premio Nobel de Física en 1935 por este descubrimiento. ^[2]

Werner Heisenberg ^[37]^[38]^[39] y otros desarrollaron rápidamente modelos para un núcleo atómico formado por protones y neutrones . ^[40]^[41] El modelo protón-neutrón explicó el enigma de los espines nucleares. Los orígenes de la radiación beta fueron explicados por Enrico Fermi en 1934 mediante el proceso de desintegración beta , en el que el neutrón se desintegra en un protón creando un electrón y un neutrino (en ese momento no descubierto). ^[42] En 1935, Chadwick y su estudiante de doctorado Maurice Goldhaber informaron de la primera medición precisa de la masa del neutrón. ^[43]^[44]

En 1934, Fermi había bombardeado elementos más pesados con neutrones para inducir radiactividad en elementos de alto número atómico. En 1938, Fermi recibió el Premio Nobel de Física "por sus demostraciones de la existencia de nuevos elementos radiactivos producidos por la irradiación de neutrones y por su descubrimiento relacionado de las reacciones nucleares provocadas por neutrones lentos". ^[45] En diciembre de 1938, Otto Hahn , Lise Meitner y Fritz Strassmann descubrieron la fisión nuclear , o el fraccionamiento de núcleos de uranio en elementos más ligeros, inducida por bombardeo de neutrones. ^[46]^[47]^[48]^[49] En 1945, Hahn recibió el Premio Nobel de Química de 1944 "por su descubrimiento de la fisión de núcleos atómicos pesados". ^[50]^[51]^[52]

El descubrimiento de la fisión nuclear conduciría al desarrollo de la energía nuclear y de la bomba atómica al final de la Segunda Guerra Mundial. Rápidamente se comprendió que, si un evento de fisión producía neutrones, cada uno de estos neutrones podría causar más eventos de fisión, en una cascada conocida como reacción nuclear en cadena . ^[7] Estos eventos y hallazgos llevaron a Fermi a construir el Chicago Pile-1 en la Universidad de Chicago en 1942, el primer reactor nuclear autosostenible . Sólo tres años después el Proyecto Manhattan consiguió probar la primera bomba atómica , la prueba nuclear Trinity en julio de 1945.

Propiedades intrinsecas

Masa

La masa de un neutrón no puede determinarse directamente mediante espectrometría de masas ya que no tiene carga eléctrica. Pero como las masas de un protón y de un deuterón se pueden medir con un espectrómetro de masas, la masa de un neutrón se puede deducir restando la masa del protón a la masa del deuterón, siendo la diferencia la masa del neutrón más la energía de enlace del deuterio. (expresado como energía positiva emitida). Este último se puede medir directamente midiendo la energía ( ) del único $B_{d}$ Fotón gamma de 2,224 MeV que se emite cuando se forma un deuterón al capturar un protón un neutrón (esto es exotérmico y ocurre con los neutrones de energía nula). También debe tenerse en cuenta la pequeña energía cinética de retroceso ( ) del deuterón (aproximadamente el 0,06% de la energía total). $E_{rd}$

m_{n}=m_{d}-m_{p}+B_{d}-E_{rd}

La energía de los rayos gamma se puede medir con alta precisión mediante técnicas de difracción de rayos X, como lo hicieron por primera vez Bell y Elliot en 1948. Los mejores valores modernos (1986) para la masa de neutrones mediante esta técnica los proporcionan Greene et al. . ^[53] Estos dan una masa de neutrones de:

m _neutrón =1.008 644 904 (14) Días

El valor de la masa del neutrón en MeV se conoce con menor precisión, debido a la menor precisión en la conversión conocida de Da a MeV/ c ² : ^[54]

m _neutrón =939,565 63 (28) MeV/ c ² .

Otro método para determinar la masa de un neutrón parte de la desintegración beta del neutrón, cuando se miden los momentos del protón y del electrón resultantes.

Girar

El neutrón es un espín. 1/2partícula, es decir, es un fermión con momento angular intrínseco igual a1/2 $ħ$ , donde $ħ$ es la constante de Planck reducida . Durante muchos años después del descubrimiento del neutrón, su giro exacto fue ambiguo. Aunque se suponía que era un giro 1/2 Partícula de Dirac , la posibilidad de que el neutrón fuera un espín 3/2La partícula permaneció. Se aprovecharon las interacciones del momento magnético del neutrón con un campo magnético externo para determinar finalmente el espín del neutrón. ^[55] En 1949, Hughes y Burgy midieron los neutrones reflejados por un espejo ferromagnético y descubrieron que la distribución angular de las reflexiones era consistente con el espín. 1/2. ^[56] En 1954, Sherwood, Stephenson y Bernstein emplearon neutrones en un experimento de Stern-Gerlach que utilizó un campo magnético para separar los estados de espín de los neutrones. Registraron dos de esos estados de giro, consistentes con un giro 1/2partícula. ^[55]^[57]

Como fermión, el neutrón está sujeto al principio de exclusión de Pauli ; dos neutrones no pueden tener los mismos números cuánticos. Ésta es la fuente de la presión de degeneración que contrarresta la gravedad en las estrellas de neutrones e impide que se formen agujeros negros. ^[58]

Momento magnético

Aunque el neutrón es una partícula neutra, el momento magnético de un neutrón no es cero. El neutrón no se ve afectado por los campos eléctricos, pero sí por los campos magnéticos. El valor del momento magnético del neutrón fue medido directamente por primera vez por Luis Álvarez y Félix Bloch en Berkeley, California , en 1940. ^[59] Álvarez y Bloch determinaron que el momento magnético del neutrón era μ _n =−1,93(2) μ _N , donde μ _N es el magnetón nuclear . El momento magnético del neutrón tiene un valor negativo, porque su orientación es opuesta al espín del neutrón.^[60]

El momento magnético del neutrón es una indicación de su subestructura de quarks y de su distribución de carga interna. ^[61] En el modelo de quarks para hadrones , el neutrón se compone de un quark arriba (carga +2/3 e ) y dos quarks abajo (carga −1/3 e ). ^[61] El momento magnético del neutrón se puede modelar como una suma de los momentos magnéticos de los quarks constituyentes. ^[62] El cálculo supone que los quarks se comportan como partículas puntuales de Dirac, cada una con su propio momento magnético. De manera simplista, se puede considerar que el momento magnético del neutrón resulta de la suma vectorial de los momentos magnéticos de los tres quarks, más los momentos magnéticos orbitales causados por el movimiento de los tres quarks cargados dentro del neutrón.

En uno de los primeros éxitos del modelo estándar, en 1964 Mirza AB Beg, Benjamin W. Lee y Abraham Pais calcularon que la relación entre los momentos magnéticos de protones y neutrones era −3/2 (o una relación de −1,5), lo que concuerda con el valor experimental dentro del 3%. ^[63]^[64]^[65] El valor medido para esta relación es−1.459 898 05 (34) . ^[4]

El tratamiento anterior compara neutrones con protones, lo que permite restar el complejo comportamiento de los quarks entre modelos y simplemente explorar cuáles serían los efectos de diferentes cargas de quarks (o tipos de quarks). Tales cálculos son suficientes para demostrar que el interior de los neutrones es muy parecido al de los protones, salvo por la diferencia en la composición de los quarks: un quark abajo en el neutrón reemplaza a un quark arriba en el protón.

El momento magnético del neutrón se puede calcular de forma aproximada suponiendo una función de onda mecánica cuántica simple y no relativista para bariones compuestos por tres quarks. Un cálculo sencillo proporciona estimaciones bastante precisas de los momentos magnéticos de neutrones, protones y otros bariones. ^[62] Para un neutrón, el resultado de este cálculo es que el momento magnético del neutrón viene dado por μ _n = 4/3 μ _d − 1/3 μ _u , donde μ _d y μ _u son los momentos magnéticos para el quarks abajo y arriba, respectivamente. Este resultado combina los momentos magnéticos intrínsecos de los quarks con sus momentos magnéticos orbitales y supone que los tres quarks se encuentran en un estado cuántico dominante particular.

Los resultados de este cálculo son alentadores, pero se supuso que las masas de los quarks arriba o abajo eran 1/3 de la masa de un nucleón. ^[62] Las masas de los quarks son en realidad sólo alrededor del 1% de las de un nucleón. ^[66] La discrepancia surge de la complejidad del modelo estándar para los nucleones, donde la mayor parte de su masa se origina en los campos de gluones , partículas virtuales y su energía asociada, que son aspectos esenciales de la fuerza fuerte . ^[66]^[67] Además, el complejo sistema de quarks y gluones que constituyen un neutrón requiere un tratamiento relativista. ^[68] Pero el momento magnético del nucleón se ha calculado numéricamente con éxito a partir de los primeros principios , incluidos todos los efectos mencionados y utilizando valores más realistas para las masas de los quarks. El cálculo arrojó resultados que coincidían bastante con las mediciones, pero requirió importantes recursos informáticos. ^[69]^[70]

Carga eléctrica

La carga eléctrica total del neutrón es0e . _ Este valor cero ha sido probado experimentalmente y el límite experimental actual para la carga del neutrón es−2(8) × 10 ⁻²² mi , ^[6] o−3(13) × 10 ⁻⁴¹ C . Este valor es consistente con cero, dadas las incertidumbres experimentales (indicadas entre paréntesis). En comparación, la carga del protón es+1 mi .

Estructura y geometría de distribución de carga.

Un artículo publicado en 2007 que presentaba un análisis independiente del modelo concluyó que el neutrón tiene un exterior cargado negativamente, un medio cargado positivamente y un núcleo negativo. ^[71] En una visión clásica simplificada, la "piel" negativa del neutrón le ayuda a ser atraído por los protones con los que interactúa en el núcleo; pero la principal atracción entre neutrones y protones se produce a través de la fuerza nuclear , que no implica carga eléctrica.

La visión clásica simplificada de la distribución de carga del neutrón también "explica" el hecho de que el dipolo magnético del neutrón apunta en la dirección opuesta a su vector de momento angular de espín (en comparación con el protón). Esto le da al neutrón, en efecto, un momento magnético que se asemeja a una partícula cargada negativamente. Esto se puede conciliar clásicamente con un neutrón neutro compuesto por una distribución de carga en la que las subpartes negativas del neutrón tienen un radio de distribución promedio mayor y, por lo tanto, contribuyen más al momento dipolar magnético de la partícula que las partes positivas que son , en promedio, más cerca del núcleo.

Momento dipolar eléctrico

El modelo estándar de física de partículas predice una pequeña separación de carga positiva y negativa dentro del neutrón que conduce a un momento dipolar eléctrico permanente . ^[72] Pero el valor previsto está muy por debajo de la sensibilidad actual de los experimentos. A partir de varios acertijos sin resolver en física de partículas , queda claro que el modelo estándar no es la descripción final y completa de todas las partículas y sus interacciones. Las nuevas teorías que van más allá del modelo estándar generalmente conducen a predicciones mucho más amplias para el momento dipolar eléctrico del neutrón. Actualmente, hay al menos cuatro experimentos que intentan medir por primera vez un momento dipolar eléctrico de neutrones finitos, entre ellos:

Se está realizando un experimento criogénico de electroerosión con neutrones en el Institut Laue-Langevin ^[73]
Experimento nEDM en construcción en la nueva fuente UCN del Instituto Paul Scherrer ^[74]
Experimento nEDM previsto en la fuente de neutrones de espalación ^[75]^[76]
Experimento nEDM en construcción en el Institut Laue-Langevin ^[77]

antineutrón

El antineutrón es la antipartícula del neutrón. Fue descubierto por Bruce Cork en 1956, un año después del descubrimiento del antiprotón . La simetría CPT impone fuertes limitaciones a las propiedades relativas de partículas y antipartículas, por lo que el estudio de antineutrones proporciona pruebas rigurosas de la simetría CPT. La diferencia fraccionaria en las masas del neutrón y del antineutrón es(9 ± 6) × 10 ⁻⁵ . Dado que la diferencia está a sólo dos desviaciones estándar de cero, esto no proporciona ninguna evidencia convincente de violación del CPT. ^[14]

Compuestos de neutrones

Dineutrones y tetraneutrones

El dineutrón se considera un isótopo libre con una vida útil de entre 10 ^{y 22} segundos. La primera evidencia de este estado fue reportada por Haddock et al. en 1965. ^[78]^{: 275} En 2012, Artemis Spyrou de la Universidad Estatal de Michigan y sus compañeros de trabajo informaron que observaron, por primera vez, emisión directa de dinutrones en la desintegración del ¹⁶ Be. El carácter dineutrón se evidencia por un pequeño ángulo de emisión entre los dos neutrones. Los autores midieron la energía de separación de dos neutrones en 1,35(10) MeV, lo que concuerda con los cálculos del modelo de capa, utilizando interacciones estándar para esta región de masa. ^[79]

La evidencia de grupos libres de 4 neutrones, o tetraneutrones , como resonancias en la desintegración de núcleos de berilio -14, ^[80] en interacciones ^{de 8} He- ^{8 Be,}^[81] y colisiones de núcleos de ⁴ He dan una vida útil estimada de alrededor de 10 ^{a 22} segundos. . ^[82] Estos descubrimientos deberían profundizar nuestra comprensión de las fuerzas nucleares. ^[83]^[84]

Estrellas de neutrones y materia de neutrones

A presiones y temperaturas extremadamente altas, se cree que los nucleones y electrones colapsan formando materia neutrónica en masa, llamada materia de neutrones . Se supone que esto sucede en las estrellas de neutrones . ^[85]

La presión extrema dentro de una estrella de neutrones puede deformar los neutrones en una simetría cúbica, permitiendo un empaquetamiento más apretado de los neutrones. ^[86]

Detección

El medio común de detectar una partícula cargada buscando una pista de ionización (como en una cámara de niebla ) no funciona directamente con neutrones. Los neutrones que dispersan elásticamente los átomos pueden crear una pista de ionización detectable, pero los experimentos no son tan sencillos de realizar; Se utilizan más comúnmente otros medios para detectar neutrones, consistentes en permitirles interactuar con los núcleos atómicos. Por lo tanto, los métodos comúnmente utilizados para detectar neutrones se pueden clasificar según los procesos nucleares en los que se basa, principalmente la captura de neutrones o la dispersión elástica . ^[87]

Detección de neutrones mediante captura de neutrones.

Un método común para detectar neutrones implica convertir la energía liberada por las reacciones de captura de neutrones en señales eléctricas. Ciertos nucleidos tienen una sección transversal de captura de neutrones elevada , que es la probabilidad de absorber un neutrón. Tras la captura de neutrones, el núcleo compuesto emite radiación más fácilmente detectable, por ejemplo una partícula alfa, que luego se detecta. Los nucleidos³
Él
,⁶
li
,¹⁰
B
,²³³
Ud.
,²³⁵
Ud.
,²³⁷
Notario público
, y²³⁹
PU
son útiles para este propósito.

Detección de neutrones por dispersión elástica.

Los neutrones pueden dispersarse elásticamente de los núcleos, provocando que el núcleo golpeado retroceda. Cinemáticamente, un neutrón puede transferir más energía a un núcleo ligero como el hidrógeno o el helio que a un núcleo más pesado. Los detectores que dependen de la dispersión elástica se denominan detectores de neutrones rápidos. Los núcleos en retroceso pueden ionizar y excitar más átomos mediante colisiones. La carga y/o la luz de centelleo producida de esta manera se pueden recolectar para producir una señal detectada. Un desafío importante en la detección de neutrones rápidos es discernir dichas señales de las señales erróneas producidas por la radiación gamma en el mismo detector. Se pueden utilizar métodos como la discriminación de la forma del pulso para distinguir las señales de neutrones de las señales de rayos gamma, aunque se han desarrollado ciertos detectores basados en centelleadores inorgánicos ^[88]^[89] para detectar selectivamente neutrones en campos de radiación mixtos inherentemente sin ninguna técnica adicional.

Los detectores de neutrones rápidos tienen la ventaja de no necesitar moderador y, por tanto, son capaces de medir la energía del neutrón, el tiempo de llegada y, en determinados casos, la dirección de incidencia.

Fuentes y producción

Los neutrones libres son inestables, aunque tienen la vida media más larga que cualquier partícula subatómica inestable por varios órdenes de magnitud. Su vida media sigue siendo de sólo unos 10 minutos, por lo que sólo pueden obtenerse de fuentes que los produzcan de forma continua.

Fondo de neutrones naturales. En todas partes de la Tierra existe un pequeño flujo natural de fondo de neutrones libres. ^[90] En la atmósfera y en las profundidades del océano, el "fondo de neutrones" es causado por muones producidos por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera. Estos muones de alta energía son capaces de penetrar a profundidades considerables en el agua y el suelo. Allí, al chocar con los núcleos atómicos, entre otras reacciones, inducen reacciones de espalación en las que se libera un neutrón del núcleo. Dentro de la corteza terrestre, una segunda fuente son los neutrones producidos principalmente por la fisión espontánea del uranio y el torio presentes en los minerales de la corteza terrestre. El fondo de neutrones no es lo suficientemente fuerte como para representar un peligro biológico, pero es importante para los detectores de partículas de muy alta resolución que buscan eventos muy raros, como interacciones (hipótesis) que podrían ser causadas por partículas de materia oscura . ^[90] Investigaciones recientes han demostrado que incluso las tormentas eléctricas pueden producir neutrones con energías de hasta varias decenas de MeV. ^[91] Investigaciones recientes han demostrado que la fluencia de estos neutrones se encuentra entre 10 ⁻⁹ y 10 ⁻¹³ por ms y por m ² dependiendo de la altitud de detección. La energía de la mayoría de estos neutrones, incluso con energías iniciales de 20 MeV, disminuye hasta el rango de keV en 1 ms. ^[92]

Una radiación de fondo de neutrones aún más fuerte se produce en la superficie de Marte, donde la atmósfera es lo suficientemente espesa como para generar neutrones a partir de la producción de muones de rayos cósmicos y la espalación de neutrones, pero no lo suficientemente espesa como para proporcionar una protección significativa contra los neutrones producidos. Estos neutrones no sólo producen un peligro de radiación de neutrones en la superficie marciana debido a la radiación de neutrones directa que va hacia abajo, sino que también pueden producir un peligro significativo por la reflexión de neutrones desde la superficie marciana, lo que producirá radiación de neutrones reflejada que penetrará hacia arriba en una nave o hábitat marciano desde el piso. ^[93]

Fuentes de neutrones para la investigación. Estos incluyen ciertos tipos de desintegración radiactiva ( fisión espontánea y emisión de neutrones ) y de ciertas reacciones nucleares . Las reacciones nucleares convenientes incluyen reacciones de mesa, como el bombardeo natural alfa y gamma de ciertos nucleidos, a menudo berilio o deuterio, y la fisión nuclear inducida , como la que ocurre en los reactores nucleares. Además, las reacciones nucleares de alta energía (como las que ocurren en las lluvias de radiación cósmica o las colisiones de aceleradores) también producen neutrones a partir de la desintegración de los núcleos objetivo. Los pequeños aceleradores de partículas (de mesa) optimizados para producir neutrones libres de esta manera se denominan generadores de neutrones .

En la práctica, las pequeñas fuentes de neutrones de laboratorio más utilizadas utilizan la desintegración radiactiva para impulsar la producción de neutrones. Un radioisótopo productor de neutrones , el californio -252, se desintegra (vida media 2,65 años) por fisión espontánea el 3% del tiempo con una producción de 3,7 neutrones por fisión, y se utiliza solo como fuente de neutrones en este proceso. Las fuentes de reacción nuclear (que involucran dos materiales) alimentadas por radioisótopos utilizan una fuente de desintegración alfa más un objetivo de berilio, o bien una fuente de radiación gamma de alta energía de una fuente que sufre desintegración beta seguida de desintegración gamma , que produce fotoneutrones en la interacción de el rayo gamma de alta energía con el berilio estable ordinario, o bien con el deuterio en agua pesada . Una fuente popular de este último tipo es el antimonio-124 radiactivo más berilio, un sistema con una vida media de 60,9 días, que puede construirse a partir de antimonio natural (que tiene un 42,8% de antimonio-123 estable) activándolo con neutrones en un reactor nuclear, luego transportado a donde se necesita la fuente de neutrones. ^[94]

Los reactores de fisión nuclear producen naturalmente neutrones libres; su función es sostener la reacción en cadena productora de energía . La intensa radiación de neutrones también se puede utilizar para producir varios radioisótopos mediante el proceso de activación de neutrones , que es un tipo de captura de neutrones .

Los reactores experimentales de fusión nuclear producen neutrones libres como producto de desecho. Pero son estos neutrones los que poseen la mayor parte de la energía, y convertir esa energía en una forma útil ha resultado ser un difícil desafío de ingeniería. Es probable que los reactores de fusión que generan neutrones generen desechos radiactivos, pero los desechos están compuestos de isótopos más ligeros activados por neutrones, que tienen períodos de desintegración relativamente cortos (50 a 100 años) en comparación con las vidas medias típicas de 10 000 años ^[95] para residuos de fisión, que son largos debido principalmente a la larga vida media de los actínidos transuránicos emisores alfa. ^[96] Se propone que algunos híbridos de fusión y fisión nuclear hagan uso de esos neutrones para mantener un reactor subcrítico o para ayudar en la transmutación nuclear de desechos nucleares dañinos de larga vida en nucleidos estables o de vida más corta.

Haces de neutrones y modificación de haces después de la producción.

Los haces de neutrones libres se obtienen a partir de fuentes de neutrones mediante transporte de neutrones . Para acceder a fuentes de neutrones intensos, los investigadores deben acudir a una instalación de neutrones especializada que opere un reactor de investigación o una fuente de espalación .

La falta de carga eléctrica total del neutrón hace que sea difícil dirigirlos o acelerarlos. Las partículas cargadas pueden acelerarse, desacelerarse o desviarse mediante campos eléctricos o magnéticos . Estos métodos tienen poco efecto sobre los neutrones. Pero se pueden lograr algunos efectos mediante el uso de campos magnéticos no homogéneos debido al momento magnético del neutrón . Los neutrones pueden controlarse mediante métodos que incluyen moderación , reflexión y selección de velocidad . Los neutrones térmicos pueden polarizarse mediante transmisión a través de materiales magnéticos en un método análogo al efecto Faraday para los fotones . Se pueden producir neutrones fríos con longitudes de onda de 6 a 7 angstroms en haces de un alto grado de polarización mediante el uso de espejos magnéticos y filtros de interferencia magnetizados. ^[97]

Aplicaciones

El neutrón juega un papel importante en muchas reacciones nucleares. Por ejemplo, la captura de neutrones a menudo resulta en la activación de neutrones , lo que induce radioactividad . En particular, el conocimiento de los neutrones y su comportamiento ha sido importante en el desarrollo de reactores nucleares y armas nucleares . La fisión de elementos como el uranio-235 y el plutonio-239 se debe a su absorción de neutrones.

La radiación de neutrones fría , térmica y caliente se emplea comúnmente eninstalaciones de dispersión de neutrones para difracción de neutrones , dispersión de neutrones de ángulo pequeño y reflectometría de neutrones . Las ondas de materia de neutrones lentosexhiben propiedades similares a la óptica geométrica y ondulatoria de la luz, incluidas la reflexión, la refracción, la difracción y la interferencia.^[98] Los neutrones son complementarios a los rayos X en términos de contrastes atómicos mediante diferentes secciones transversales de dispersión ; sensibilidad al magnetismo; rango de energía para espectroscopia de neutrones inelástica; y profunda penetración en la materia.

El desarrollo de "lentes de neutrones" basadas en la reflexión interna total dentro de tubos capilares de vidrio huecos o por la reflexión de placas de aluminio con hoyuelos ha impulsado la investigación en curso sobre microscopía de neutrones y tomografía de neutrones/rayos gamma. ^[99]^[100]^[101]^[102]

Un uso importante de los neutrones es excitar rayos gamma retardados y provocados de elementos de los materiales. Esto constituye la base del análisis de activación de neutrones (NAA) y del análisis rápido de activación de neutrones gamma (PGNAA). NAA se utiliza con mayor frecuencia para analizar pequeñas muestras de materiales en un reactor nuclear , mientras que PGNAA se utiliza con mayor frecuencia para analizar rocas subterráneas alrededor de pozos perforados y materiales industriales a granel en cintas transportadoras.

Otro uso de los emisores de neutrones es la detección de núcleos ligeros, en particular el hidrógeno que se encuentra en las moléculas de agua. Cuando un neutrón rápido choca con un núcleo ligero, pierde una gran fracción de su energía. Al medir la velocidad a la que los neutrones lentos regresan a la sonda después de reflejarse en los núcleos de hidrógeno, una sonda de neutrones puede determinar el contenido de agua en el suelo.

Terapias medicas

Como la radiación de neutrones es a la vez penetrante e ionizante, puede aprovecharse para tratamientos médicos. Sin embargo, la radiación de neutrones puede tener el desafortunado efecto secundario de dejar radiactiva la zona afectada. Por tanto, la tomografía de neutrones no es una aplicación médica viable.

La terapia con neutrones rápidos utiliza neutrones de alta energía, generalmente superiores a 20 MeV, para tratar el cáncer. La radioterapia del cáncer se basa en la respuesta biológica de las células a la radiación ionizante. Si la radiación se administra en pequeñas sesiones para dañar áreas cancerosas, el tejido normal tendrá tiempo de repararse a sí mismo, mientras que las células tumorales a menudo no pueden. ^[103] La radiación de neutrones puede entregar energía a una región cancerosa a una velocidad de un orden de magnitud mayor que la radiación gamma . ^[104]

Los haces de neutrones de baja energía se utilizan en la terapia de captura de neutrones de boro para tratar el cáncer. En la terapia de captura de neutrones con boro, se administra al paciente un fármaco que contiene boro y que se acumula preferentemente en el tumor que se va a tratar. Luego, el tumor es bombardeado con neutrones de muy baja energía (aunque a menudo superior a la energía térmica) que son capturados por el isótopo boro-10 en el boro, lo que produce un estado excitado de boro-11 que luego se desintegra para producir litio-7 y una partícula alfa que tiene suficiente energía para matar la célula maligna, pero alcance insuficiente para dañar las células cercanas. Para que dicha terapia se aplique al tratamiento del cáncer, se prefiere una fuente de neutrones que tenga una intensidad del orden de mil millones ( ¹⁰⁹ ) de neutrones por segundo por cm2 ^. Estos flujos requieren un reactor nuclear de investigación.

Proteccion

La exposición a neutrones libres puede ser peligrosa, ya que la interacción de los neutrones con las moléculas del cuerpo puede provocar alteraciones en las moléculas y los átomos , y también puede provocar reacciones que den lugar a otras formas de radiación (como los protones). ^[7] Se aplican las precauciones normales de protección radiológica: evitar la exposición, permanecer lo más lejos posible de la fuente y mantener el tiempo de exposición al mínimo. Pero se debe prestar especial atención a cómo protegerse de la exposición a neutrones. Para otros tipos de radiación, por ejemplo, partículas alfa , partículas beta o rayos gamma , un material de alto número atómico y alta densidad constituye un buen blindaje; frecuentemente se utiliza plomo . Sin embargo, este enfoque no funcionará con neutrones, ya que la absorción de neutrones no aumenta directamente con el número atómico, como ocurre con la radiación alfa, beta y gamma. En lugar de ello, es necesario observar las interacciones particulares que tienen los neutrones con la materia (consulte la sección sobre detección más arriba). Por ejemplo, los materiales ricos en hidrógeno se utilizan a menudo como protección contra los neutrones, ya que el hidrógeno ordinario dispersa y ralentiza los neutrones. Esto significa a menudo que simples bloques de hormigón o incluso bloques de plástico cargados de parafina ofrecen una mejor protección contra los neutrones que materiales mucho más densos. Después de la desaceleración, los neutrones pueden ser absorbidos con un isótopo que tiene alta afinidad por los neutrones lentos sin causar radiación de captura secundaria, como el litio-6.

El agua ordinaria rica en hidrógeno afecta la absorción de neutrones en los reactores de fisión nuclear : normalmente, los neutrones son absorbidos tan fuertemente por el agua normal que es necesario enriquecer el combustible con un isótopo fisionable. (El número de neutrones producidos por fisión depende principalmente de los productos de fisión. El promedio es aproximadamente de 2,5 a 3,0 y al menos uno, en promedio, debe evadir la captura para sostener la reacción nuclear en cadena .) El deuterio en el agua pesada tiene una afinidad de absorción por los neutrones mucho menor que la del protio (hidrógeno ligero normal). Por lo tanto, el deuterio se utiliza en reactores de tipo CANDU para disminuir ( moderar ) la velocidad de los neutrones y aumentar la probabilidad de fisión nuclear en comparación con la captura de neutrones .

Temperatura de neutrones

Neutrones térmicos

Los neutrones térmicos son neutrones libres cuyas energías tienen una distribución de Maxwell-Boltzmann con kT = 0,0253 eV (4,0 × 10 ⁻²¹ J ) a temperatura ambiente. Esto da una velocidad característica (no media ni mediana) de 2,2 km/s. El nombre "térmico" proviene de que su energía es la del gas o material a temperatura ambiente que están impregnando. (ver teoría cinética para energías y velocidades de moléculas). Después de varias colisiones (a menudo en el rango de 10 a 20) con núcleos, los neutrones llegan a este nivel de energía, siempre que no sean absorbidos.

En muchas sustancias, las reacciones de neutrones térmicos muestran una sección transversal efectiva mucho mayor que las reacciones que involucran neutrones más rápidos y, por lo tanto, los neutrones térmicos pueden ser absorbidos más fácilmente (es decir, con mayor probabilidad) por cualquier núcleo atómico con el que colisionen, creando un núcleo más pesado. y, a menudo , inestable : como resultado, isótopo del elemento químico .

La mayoría de los reactores de fisión utilizan un moderador de neutrones para ralentizar o termalizar los neutrones emitidos por la fisión nuclear para que sean capturados más fácilmente, provocando una mayor fisión. Otros, llamados reactores reproductores rápidos , utilizan directamente neutrones de energía de fisión.

neutrones frios

Los neutrones fríos son neutrones térmicos que se han equilibrado en una sustancia muy fría como el deuterio líquido . Dicha fuente fría se coloca en el moderador de un reactor de investigación o fuente de espalación. Los neutrones fríos son particularmente valiosos para los experimentos de dispersión de neutrones . ^[105]

El uso de neutrones fríos y muy fríos (VCN) ha sido un poco limitado en comparación con el uso de neutrones térmicos debido al flujo relativamente menor y a la falta de componentes ópticos. Sin embargo, se han propuesto soluciones innovadoras para ofrecer más opciones a la comunidad científica para promover el uso de VCN. ^[106]^[107]

Neutrones ultrafríos

Los neutrones ultrafríos se producen mediante dispersión inelástica de neutrones fríos en sustancias con una sección transversal de baja absorción de neutrones a una temperatura de unos pocos kelvin, como el deuterio sólido ^[108] o el helio superfluido . ^[109] Un método de producción alternativo es la desaceleración mecánica de neutrones fríos aprovechando el desplazamiento Doppler. ^[110]^[111]

Neutrones de energía de fisión

Un neutrón rápido es un neutrón libre con un nivel de energía cinética cercano a1 MeV (1,6 × 10 ⁻¹³ J ), por lo tanto una velocidad de ~14 000 km/s (~ 5% de la velocidad de la luz). Se denominan energía de fisión o neutrones rápidos para distinguirlos de los neutrones térmicos de menor energía y de los neutrones de alta energía producidos en lluvias cósmicas o aceleradores. Los neutrones rápidos se producen mediante procesos nucleares como la fisión nuclear . Los neutrones producidos en fisión, como se señaló anteriormente, tienen una distribución de energías cinéticas de Maxwell-Boltzmann de 0 a ~14 MeV, una energía media de 2 MeV (para neutrones de fisión ^{de 235} U) y una moda de sólo 0,75 MeV, lo que significa que más de la mitad de ellos no califican como rápidos (y por lo tanto casi no tienen posibilidades de iniciar la fisión en materiales fértiles , como ²³⁸ U y ²³² Th).

Los neutrones rápidos se pueden convertir en neutrones térmicos mediante un proceso llamado moderación. Esto se hace con un moderador de neutrones . En los reactores, normalmente se utiliza agua pesada , agua ligera o grafito para moderar los neutrones.

Neutrones de fusión

La fusión D–T ( deuterio – tritio ) es la reacción de fusión que produce neutrones más energéticos, con 14,1 MeV de energía cinética y viajando al 17% de la velocidad de la luz . La fusión D-T es también la reacción de fusión más fácil de encender, alcanzando velocidades cercanas a las máximas incluso cuando los núcleos de deuterio y tritio tienen sólo una milésima parte de la energía cinética que se producirá de los 14,1 MeV.

Los neutrones de 14,1 MeV tienen aproximadamente 10 veces más energía que los neutrones de fisión y son muy eficaces para fisionar incluso núcleos pesados no fisibles , y estas fisiones de alta energía producen más neutrones en promedio que las fisiones de neutrones de menor energía. Esto hace que las fuentes de neutrones de fusión D-T, como los reactores de potencia tokamak propuestos , sean útiles para la transmutación de desechos transuránicos. Los neutrones de 14,1 MeV también pueden producir neutrones al soltarlos de los núcleos .

Por otro lado, es menos probable que estos neutrones de muy alta energía sean simplemente capturados sin causar fisión o espalación . Por estas razones, el diseño de armas nucleares utiliza ampliamente neutrones de 14,1 MeV de fusión D-T para provocar más fisión . Los neutrones de fusión son capaces de provocar fisión en materiales normalmente no fisibles, como el uranio empobrecido (uranio-238), y estos materiales se han utilizado en las camisas de armas termonucleares . Los neutrones de fusión también pueden causar fisión en sustancias que son inadecuadas o difíciles de convertir en bombas de fisión primaria, como el plutonio apto para reactores . Este hecho físico hace que los materiales ordinarios no aptos para armas se conviertan en motivo de preocupación en ciertos debates y tratados sobre proliferación nuclear .

Otras reacciones de fusión producen neutrones mucho menos energéticos. La fusión D – D produce un neutrón de 2,45 MeV y helio-3 la mitad del tiempo, y produce tritio y un protón, pero ningún neutrón el resto del tiempo. D– ³ La fusión He no produce neutrones.

Neutrones de energía intermedia

Flujo de transmutación en un reactor de agua ligera , que es un reactor de espectro térmico.

Un neutrón de energía de fisión que ha disminuido su velocidad pero aún no ha alcanzado las energías térmicas se llama neutrón epitermal.

Las secciones transversales de las reacciones de captura y fisión a menudo tienen múltiples picos de resonancia en energías específicas en el rango de energía epitermal. Estos son de menor importancia en un reactor de neutrones rápidos , donde la mayoría de los neutrones son absorbidos antes de reducir su velocidad a este rango, o en un reactor térmico bien moderado , donde los neutrones epitermales interactúan principalmente con núcleos moderadores, no con nucleidos actínidos fisionables o fértiles. . Pero en un reactor parcialmente moderado con más interacciones de neutrones epitermales con núcleos de metales pesados, existen mayores posibilidades de que se produzcan cambios transitorios en la reactividad que podrían dificultar el control del reactor.

Las proporciones de reacciones de captura a reacciones de fisión también son peores (más capturas sin fisión) en la mayoría de los combustibles nucleares como el plutonio-239 , lo que hace que los reactores de espectro epitermal que utilizan estos combustibles sean menos deseables, ya que las capturas no sólo desperdician el neutrón capturado sino que también suelen resultar en en un nucleido que no es fisionable con neutrones térmicos o epitermales, aunque sí fisionable con neutrones rápidos. La excepción es el uranio-233 del ciclo del torio , que tiene buenas relaciones de captura-fisión en todas las energías de neutrones.

Neutrones de alta energía

Los neutrones de alta energía tienen mucha más energía que los neutrones de energía de fisión y se generan como partículas secundarias mediante aceleradores de partículas o en la atmósfera a partir de rayos cósmicos . Estos neutrones de alta energía son extremadamente eficientes en la ionización y es mucho más probable que causen la muerte celular que los rayos X o los protones. ^[112]^[113]

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los neutrones .

Fuentes de neutrones

Procesos que involucran neutrones.

Referencias

↑ Ernest Rutherford Archivado el 3 de agosto de 2011 en Wayback Machine . Chemed.chem.purdue.edu. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
↑ ab Premio Nobel de Física de 1935 Archivado el 3 de octubre de 2017 en Wayback Machine . Premio Nobel.org. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ ab "Valores recomendados CODATA 2018" https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html Archivado el 22 de enero de 2018 en Wayback Machine.
^ abcdef Mohr, PJ; Taylor, BN y Newell, DB (2014), "Los valores recomendados de las constantes físicas fundamentales de CODATA de 2014" Archivado el 9 de octubre de 2013 en Wayback Machine (versión web 7.0). La base de datos fue desarrollada por J. Baker, M. Douma y S. Kotochigova . (2014). Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Gaithersburg, Maryland 20899.
^ Zyla, Pensilvania (2020). "n VIDA SIGNIFICADA". PDG Live: Revisión 2020 de la física de partículas . Grupo de datos de partículas. Archivado desde el original el 17 de enero de 2021 . Consultado el 25 de febrero de 2021 .
^ ab Oliva, KA; (Grupo de datos de partículas); et al. (2014). "Repaso de Física de Partículas" (PDF) . Física China C. 38 (9): 1–708. arXiv : 1412.1408 . Código Bib :2014ChPhC..38i0001O. doi :10.1088/1674-1137/38/9/090001. PMID 10020536. S2CID 118395784. Archivado (PDF) desde el original el 1 de junio de 2020 . Consultado el 26 de octubre de 2017 .
^ a b C Glasstone, Samuel; Dolan, Philip J., eds. (1977), The Effects of Nuclear Weapons (3.ª ed.), Departamento de Defensa y Administración de Investigación y Desarrollo Energético de EE. UU., Imprenta del Gobierno de EE. UU., ISBN 978-1-60322-016-3
^ Giancoli, Douglas C. (1984). Física General. Englewood Cliffs, Nueva Jersey: Prentice-Hall. ISBN 978-0-13-350884-0. OCLC 1033640549.
↑ Nudat 2 Archivado el 17 de agosto de 2009 en Wayback Machine . Nndc.bnl.gov. Recuperado el 4 de diciembre de 2010.
^ Thomas, AW; Weise, W. (2001), La estructura del nucleón , Wiley-WCH, Berlín, ISBN 978-3-527-40297-7
^ Tabla de datos resumidos del grupo de datos de partículas sobre bariones Archivado el 10 de septiembre de 2011 en Wayback Machine . lbl.gov (2007). Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ Povh, B.; Rith, K.; Scholz, C.; Zetsche, F. (2002). Partículas y núcleos: una introducción a los conceptos físicos . Berlín: Springer-Verlag. pag. 73.ISBN _ 978-3-540-43823-6.
^ Basdevant, J.-L.; Rico, J.; Spiro, M. (2005). Fundamentos de Física Nuclear . Saltador . pag. 155.ISBN _ 978-0-387-01672-6.
^ ab Nakamura, K (2010). "Revisión de Física de Partículas". Revista de Física G. 37 (7A): 1–708. Código Bib : 2010JPhG...37g5021N. doi : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . hdl : 10481/34593 . PMID 10020536.PDF con actualización parcial de 2011 para la edición de 2012 Archivado el 20 de septiembre de 2012 en Wayback Machine . El valor exacto de la vida media aún es incierto debido a resultados contradictorios de los experimentos. El Particle Data Group informa valores con una diferencia de hasta seis segundos (más de cuatro desviaciones estándar), comentando que "nuestras revisiones de 2006, 2008 y 2010 se quedaron en 885,7 ± 0,8 s; pero notamos que a la luz de SEREBROV 05 nuestro valor debería ser considerado como sospechoso hasta que nuevos experimentos aclaren las cosas. Desde nuestra revisión de 2010, PICHLMAIER 10 ha obtenido una vida media de 880,7±1,8 s, más cercana al valor de SEREBROV 05 que a nuestro promedio. Y SEREBROV 10B[...] afirma sus valores deberían reducirse unos 6 s, lo que los alinearía con los dos valores más bajos, pero esas reevaluaciones no han recibido una respuesta entusiasta de los experimentadores en cuestión y, en cualquier caso, el Particle Data Group tendría que esperar a que se publiquen. cambios (por parte de esos experimentadores) de los valores publicados. En este punto, no se nos ocurre nada mejor que hacer que promediar las siete mejores pero discordantes mediciones, obteniendo881,5 ± 1,5 s . Tenga en cuenta que el error incluye un factor de escala de 2,7. Este es un salto de 4,2 desviaciones estándar antiguas (y 2,8 nuevas). Esta situación es particularmente desdichada, porque el valor es muy importante. Nuevamente pedimos a los experimentadores que aclaren esto".
^ Tanabashi, M. (2018). "La revisión de la física de partículas". Revisión física D. 54 (1): 1653. doi :10.1103/physrevd.54.1. PMID 10020536. Archivado desde el original el 19 de octubre de 2020 . Consultado el 14 de octubre de 2020 .
^ Ideas y conceptos básicos de física nuclear: un enfoque introductorio, tercera edición; K. Heyde Taylor y Francis 2004. Imprimir ISBN 978-0-7503-0980-6 , 978-1-4200-5494-1 . doi :10.1201/9781420054941. texto completo ^[^{enlace muerto permanente}^]
^ El descubrimiento de neutrones de Sir James Chadwick Archivado el 26 de octubre de 2011 en la Wayback Machine . ANS Café Nuclear. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ Adair, RK (1989). El gran diseño: partículas, campos y creación . Prensa de la Universidad de Oxford . pag. 214. Bibcode : 1988gdpf.book.....A.
^ Cottingham, WN; Greenwood, DA (1986). Introducción a la física nuclear . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 9780521657334.
^ ab Rutherford, E. (1920). "Constitución nuclear de los átomos". Actas de la Royal Society A. 97 (686): 374–400. Código Bib : 1920RSPSA..97..374R. doi : 10.1098/rspa.1920.0040 .
^ Harkins, William (1921). "La constitución y estabilidad de los núcleos atómicos. (Un aporte al tema de la evolución inorgánica.)". Filos. Mag . 42 (249): 305. doi : 10.1080/14786442108633770.
^ ab Pluma, N. (1960). "Una historia de neutrones y núcleos. Parte 1". Física Contemporánea . 1 (3): 191–203. Código bibliográfico : 1960ConPh...1..191F. doi : 10.1080/00107516008202611.
^ Pauli, Wolfgang; Hermann, A.; Meyenn, Kv; Weisskopff, VF (1985). "Das Jahr 1932 die Entdeckung des Neutrons". Wolfgang Pauli . Fuentes en Historia de las Matemáticas y las Ciencias Físicas. vol. 6. págs. 105-144. doi :10.1007/978-3-540-78801-0_3. ISBN 978-3-540-13609-5.
^ Hendry, John, ed. (1984). Física de Cambridge en los años treinta . Bristol: Adam Hilger. ISBN 978-0852747612.
^ Marrón, Laurie M. (1978). "La idea del neutrino". Física hoy . 31 (9): 23–28. Código bibliográfico : 1978PhT....31i..23B. doi : 10.1063/1.2995181. S2CID 121080564.
^ Friedlander G., Kennedy JW y Miller JM (1964) Nuclear and Radiochemistry (segunda edición), Wiley, págs. 22–23 y 38–39
^ ab Stuewer, Roger H. (1985). "Niels Bohr y la física nuclear". En francés, AP; Kennedy, PJ (eds.). Niels Bohr: un volumen centenario . Prensa de la Universidad de Harvard. págs. 197–220. ISBN 978-0674624160.
^ País, Abraham (1986). Hacia dentro . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. pag. 299.ISBN _ 978-0198519973.
^ Klein, O. (1929). "Die Reflexion von Elektronen an einem Potentialsprung nach der relativistischen Dynamik von Dirac". Zeitschrift für Physik . 53 (3–4): 157–165. Código Bib : 1929ZPhy...53..157K. doi :10.1007/BF01339716. S2CID 121771000.
^ Ambos, W.; Becker, H. (1930). "Künstliche Erregung von Kern-γ-Strahlen" [Excitación artificial de la radiación γ nuclear]. Zeitschrift für Physik . 66 (5–6): 289–306. Código bibliográfico : 1930ZPhy...66..289B. doi :10.1007/BF01390908. S2CID 122888356.
^ Becker, H.; Ambos, W. (1932). "Die in Bor und Beryllium erregten γ-Strahlen" [rayos Γ excitados en boro y berilio]. Zeitschrift für Physik . 76 (7–8): 421–438. Código bibliográfico : 1932ZPhy...76..421B. doi :10.1007/BF01336726. S2CID 121188471.
^ Joliot-Curie, Irène y Joliot, Frédéric (1932). "Émission de protons de grande vitesse par les technologies hydrogénées sous l'influence des rayons γ très pénétrants" [Emisión de protones de alta velocidad por sustancias hidrogenadas bajo la influencia de rayos γ muy penetrantes]. Cuentas Rendus . 194 : 273. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2022 . Consultado el 16 de junio de 2012 .
^ Marrón, Andrés (1997). El neutrón y la bomba: una biografía de Sir James Chadwick . Prensa de la Universidad de Oxford . ISBN 978-0-19-853992-6.
^ Chadwick, James (1932). «Posible existencia de un neutrón» (PDF) . Naturaleza . 129 (3252): 312. Bibcode :1932Natur.129Q.312C. doi :10.1038/129312a0. S2CID 4076465.
^ "En la cima de la ola de la física: Rutherford de regreso en Cambridge, 1919-1937". El mundo nuclear de Rutherford . Instituto Americano de Física. 2011-2014. Archivado desde el original el 21 de octubre de 2014 . Consultado el 19 de agosto de 2014 .
^ Chadwick, J. (1933). "Conferencia panadera. El neutrón". Actas de la Royal Society A. 142 (846): 1–25. Código bibliográfico : 1933RSPSA.142....1C. doi : 10.1098/rspa.1933.0152 .
^ Heisenberg, W. (1932). "Über den Bau der Atomkerne. Yo". Zeitschrift für Physik . 77 (1–2): 1–11. Código bibliográfico : 1932ZPhy...77....1H. doi :10.1007/BF01342433. S2CID 186218053.
^ Heisenberg, W. (1932). "Über den Bau der Atomkerne. II". Zeitschrift für Physik . 78 (3–4): 156–164. Código Bib : 1932ZPhy...78..156H. doi :10.1007/BF01337585. S2CID 186221789.
^ Heisenberg, W. (1933). "Über den Bau der Atomkerne. III". Zeitschrift für Physik . 80 (9–10): 587–596. Código Bib : 1933ZPhy...80..587H. doi :10.1007/BF01335696. S2CID 126422047.
^ Iwanenko, D. (1932). "La hipótesis del neutrón". Naturaleza . 129 (3265): 798. Bibcode :1932Natur.129..798I. doi : 10.1038/129798d0 . S2CID 4096734.
^ Miller AI (1995) Electrodinámica cuántica temprana: un libro de consulta , Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 0521568919 , págs.
^ Wilson, Fred L. (1968). "Teoría de la desintegración beta de Fermi". Revista Estadounidense de Física . 36 (12): 1150-1160. Código Bib : 1968AmJPh..36.1150W. doi :10.1119/1.1974382.
^ Chadwick, J.; Goldhaber, M. (1934). "Un fotoefecto nuclear: desintegración del diplon por rayos gamma". Naturaleza . 134 (3381): 237–238. Código Bib :1934Natur.134..237C. doi : 10.1038/134237a0 . S2CID 4137231.
^ Chadwick, J.; Goldhaber, M. (1935). "Un efecto fotoeléctrico nuclear". Actas de la Royal Society de Londres A. 151 (873): 479–493. Código bibliográfico : 1935RSPSA.151..479C. doi : 10.1098/rspa.1935.0162 .
^ Cooper, Dan (1999). Enrico Fermi: y las revoluciones de la física moderna. Nueva York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-511762-2. OCLC 39508200.
^ Hahn, O. y Strassmann, F. (1939). "Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle" [Sobre la detección y características de los metales alcalinotérreos formados por irradiación de uranio con neutrones]. Die Naturwissenschaften . 27 (1): 11-15. Código Bib : 1939NW.....27...11H. doi :10.1007/BF01488241. S2CID 5920336.
^ Hahn, O. (1958). "El descubrimiento de la fisión". Científico americano . 198 (2): 76–84. Código bibliográfico : 1958SciAm.198b..76H. doi : 10.1038/scientificamerican0258-76.
^ Rife, Patricia (1999). Lise Meitner y los albores de la era nuclear . Basilea, Suiza: Birkhäuser. ISBN 978-0-8176-3732-3.
^ Hahn, O.; Strassmann, F. (10 de febrero de 1939). "Prueba de la formación de isótopos activos de bario a partir de uranio y torio irradiados con neutrones; prueba de la existencia de fragmentos más activos producidos por la fisión del uranio". Die Naturwissenschaften . 27 (6): 89–95. Código Bib : 1939NW.....27...89H. doi :10.1007/BF01488988. S2CID 33512939.
^ "El Premio Nobel de Química 1944". Fundación Nobel . Archivado desde el original el 26 de diciembre de 2018 . Consultado el 17 de diciembre de 2007 .
^ Bernstein, Jeremy (2001). El club de uranio de Hitler: las grabaciones secretas en Farm Hall. Nueva York: Copérnico. pag. 281.ISBN _ 978-0-387-95089-1.
^ "El Premio Nobel de Química 1944: Discurso de presentación". Fundación Nobel. Archivado desde el original el 25 de octubre de 2007 . Consultado el 3 de enero de 2008 .
^ Greene, GL; et al. (1986). "Nueva determinación de la energía de enlace del deuterón y la masa del neutrón". Cartas de revisión física . 56 (8): 819–822. Código bibliográfico : 1986PhRvL..56..819G. doi :10.1103/PhysRevLett.56.819. PMID 10033294.
^ Byrne, J. Neutrones, núcleos y materia , Publicaciones de Dover, Mineola, Nueva York, 2011, ISBN 0486482383 , págs.
^ ab J. Byrne (2011). Neutrones, núcleos y materia: una exploración de la física de los neutrones lentos . Mineola, Nueva York: Publicaciones de Dover. págs. 28-31. ISBN 978-0486482385.
^ Hughes, DJ; Burgy, MT (1949). «Reflexión y polarización de neutrones mediante espejos magnetizados» (PDF) . Revisión física . 76 (9): 1413-1414. Código bibliográfico : 1949PhRv...76.1413H. doi : 10.1103/PhysRev.76.1413. Archivado desde el original (PDF) el 13 de agosto de 2016 . Consultado el 26 de junio de 2016 .
^ Sherwood, JE; Stephenson, TE; Bernstein, S. (1954). "Experimento de Stern-Gerlach sobre neutrones polarizados". Revisión física . 96 (6): 1546-1548. Código bibliográfico : 1954PhRv...96.1546S. doi : 10.1103/PhysRev.96.1546.
^ Bombaci, I. (1996). "La masa máxima de una estrella de neutrones". Astronomía y Astrofísica . 305 : 871–877. Código Bib : 1996A y A...305..871B.
^ Álvarez, LW; Bloch, F. (1940). "Una determinación cuantitativa del momento magnético de neutrones en magnetones nucleares absolutos". Revisión física . 57 (2): 111-122. Código bibliográfico : 1940PhRv...57..111A. doi :10.1103/physrev.57.111.
^ Tipler, Paul Allen; Llewellyn, Ralph A. (2002). Física moderna (4 ed.). Macmillan . pag. 310.ISBN _ 978-0-7167-4345-3. Archivado desde el original el 7 de abril de 2022 . Consultado el 27 de agosto de 2020 .
^ ab Gell, Y.; Lichtenberg, DB (1969). "Modelo de quarks y momentos magnéticos de protones y neutrones". Il Nuovo Cimento A. Serie 10. 61 (1): 27–40. Código Bib : 1969NCimA..61...27G. doi :10.1007/BF02760010. S2CID 123822660.
^ a b C Perkins, Donald H. (1982). Introducción a la Física de Altas Energías. Addison Wesley, Reading, Massachusetts. págs. 201-202. ISBN 978-0-201-05757-7.
^ Greenberg, OW (2009), "Grado de libertad de carga de color en física de partículas", Compendio de física cuántica , Springer Berlin Heidelberg, págs. 109-111, arXiv : 0805.0289 , doi : 10.1007/978-3-540-70626- 7_32, ISBN 978-3-540-70622-9, S2CID 17512393
^ Ruego, MAB; Lee, BW; País, A. (1964). "SU (6) y las interacciones electromagnéticas". Cartas de revisión física . 13 (16): 514–517, errata 650. Bibcode : 1964PhRvL..13..514B. doi :10.1103/physrevlett.13.514.
^ Sakita, B. (1964). "Propiedades electromagnéticas de bariones en el esquema supermultipleto de partículas elementales". Cartas de revisión física . 13 (21): 643–646. Código bibliográfico : 1964PhRvL..13..643S. doi :10.1103/physrevlett.13.643.
^ ab Cho, Adrian (2 de abril de 2010). "La masa del quark común finalmente se clavó". Ciencia . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. Archivado desde el original el 27 de agosto de 2015 . Consultado el 27 de septiembre de 2014 .
^ Wilczek, F. (2003). "El origen de la masa" (PDF) . Anual de Física del MIT : 24–35. Archivado (PDF) desde el original el 20 de junio de 2015.
^ Ji, Xiangdong (1995). "Un análisis QCD de la estructura de masa del nucleón". Cartas de revisión física . 74 (7): 1071–1074. arXiv : hep-ph/9410274 . Código bibliográfico : 1995PhRvL..74.1071J. doi :10.1103/PhysRevLett.74.1071. PMID 10058927. S2CID 15148740.
^ Martinelli, G.; Parisi, G.; Petronzio, R.; Rapuano, F. (1982). "Los momentos magnéticos de protones y neutrones en la red QCD" (PDF) . Letras de Física B. 116 (6): 434–436. Código bibliográfico : 1982PhLB..116..434M. doi :10.1016/0370-2693(82)90162-9. Archivado (PDF) desde el original el 20 de abril de 2020 . Consultado el 25 de agosto de 2019 .
^ Kincade, Kathy (2 de febrero de 2015). "Determinación de los momentos magnéticos de la materia nuclear". Phys.org . Archivado desde el original el 2 de mayo de 2015 . Consultado el 8 de mayo de 2015 .
^ Miller, GA (2007). "Densidades de carga de neutrones y protones". Cartas de revisión física . 99 (11): 112001. arXiv : 0705.2409 . Código Bib : 2007PhRvL..99k2001M. doi :10.1103/PhysRevLett.99.112001. PMID 17930428. S2CID 119120565.
^ "Las partículas en forma de pera investigan el misterio del Big Bang" (Presione soltar). Universidad de Sussex . 20 de febrero de 2006. Archivado desde el original el 7 de junio de 2011 . Consultado el 14 de diciembre de 2009 .
↑ Un experimento criogénico para buscar la electroerosión del neutrón Archivado el 16 de febrero de 2012 en Wayback Machine . Hepwww.rl.ac.uk. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
↑ Búsqueda del momento dipolar eléctrico del neutrón: nEDM Archivado el 25 de septiembre de 2015 en Wayback Machine . Nedm.web.psi.ch (12 de septiembre de 2001). Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ Página pública del experimento US nEDM ORNL Archivado el 30 de abril de 2017 en Wayback Machine . Recuperado el 8 de febrero de 2017.
↑ Experimento SNS Neutron EDM Archivado el 10 de febrero de 2011 en Wayback Machine . P25ext.lanl.gov. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
↑ Medición del momento dipolar eléctrico de neutrones Archivado el 23 de agosto de 2011 en Wayback Machine . Nrd.pnpi.spb.ru. Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ Thoennessen, Michael (2016). "Isótopos libres". El descubrimiento de los isótopos . Cham: Editorial Internacional Springer. págs. 275–291. doi :10.1007/978-3-319-31763-2_16. ISBN 978-3-319-31761-8.
^ Spyrou, A.; et al. (2012). "Primera observación de la desintegración del dinutrón en el estado fundamental: 16Be". Cartas de revisión física . 108 (10): 102501. Código bibliográfico : 2012PhRvL.108j2501S. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.102501 . PMID 22463404.
^ Marqués, FM; Labiche, M.; Orr, NA; Angélique, JC; Axelsson, L.; Benoit, B.; Bergmann, Universidad de California; Borge, MJG; Catford, WN; Chappell, SPG; Clarke, Nuevo México; Costa, G.; Curtis, N.; D'Arrigo, A.; de Góes Brennand, E. (1 de abril de 2002). "Detección de grupos de neutrones". Revisión Física C. 65 (4): 044006. arXiv : nucl-ex/0111001 . doi : 10.1103/PhysRevC.65.044006. ISSN 0556-2813. S2CID 37431352.
^ Kisamori, K.; et al. (2016). "Estado candidato de tetraneutrón resonante poblado por la reacción He4 (He8, Be8)". Cartas de revisión física . 116 (5): 052501. Código bibliográfico : 2016PhRvL.116e2501K. doi : 10.1103/PhysRevLett.116.052501. PMID 26894705.
^ Duer, M.; Aumann, T.; Gernhäuser, R.; Panín, V.; Paschalis, S.; Rossi, DM; Achouri, Países Bajos; Ahn, D.; Baba, H.; Bertulani, CA; Böhmer, M.; Boretzky, K.; César, C.; Chiga, N.; Corsi, A. (23 de junio de 2022). "Observación de un sistema de cuatro neutrones libres correlacionados". Naturaleza . 606 (7915): 678–682. doi :10.1038/s41586-022-04827-6. ISSN 0028-0836. PMC 9217746 . PMID 35732764.
^ "Los físicos encuentran signos de un núcleo de cuatro neutrones". 2016-02-24. Archivado desde el original el 29 de julio de 2017 . Consultado el 27 de junio de 2017 .
^ Orr, Nigel (3 de febrero de 2016). "¿Pueden bailar el tango los cuatro neutrones?". Física . 9 : 14. Código Bib : 2016PhyOJ...9...14O. doi : 10.1103/Física.9.14 .
^ Gandolfi, Stefano; Gezerlis, Alexandros; Carlson, J. (19 de octubre de 2015). "Materia de neutrones de baja a alta densidad". Revisión anual de la ciencia nuclear y de partículas . 65 (1): 303–328. arXiv : 1501.05675 . doi :10.1146/annurev-nucl-102014-021957. ISSN 0163-8998.
^ Llanes-Estrada, Felipe J.; Moreno Navarro, Gaspar (2012). "Neutrones cúbicos". Letras de Física Moderna A. 27 (6): 1250033–1–1250033–7. arXiv : 1108.1859 . Código Bib : 2012MPLA...2750033L. doi :10.1142/S0217732312500332. S2CID 118407306.
^ Knoll, Glenn F. (1979). "Capítulo 14". Detección y medición de radiación . John Wiley e hijos. ISBN 978-0471495451.
^ Ghosh, P.; W. Fu; MJ Harrison; PK Doyle; NS Edwards; JA Roberts; DS McGregor (2018). "Un detector de neutrones rápidos de microcapas de alta eficiencia y bajo Ĉerenkov para el hodoscopio TREAT". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A. 904 : 100–106. Código Bib : 2018NIMPA.904..100G. doi : 10.1016/j.nima.2018.07.035 . S2CID 126130994.
^ Ghosh, P.; DM Nichols; W. Fu; JA Roberts; DS McGregor (2019). "Rechazo de rayos gamma del detector de neutrones rápidos de microcapas acoplado a SiPM". Simposio de ciencia nuclear y conferencia de imágenes médicas del IEEE de 2019 (NSS/MIC) . págs. 1–3. doi :10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059869. ISBN 978-1-7281-4164-0. S2CID 204877955.
^ ab Carson, MJ; et al. (2004). "Fondo de neutrones en detectores de xenón a gran escala para búsquedas de materia oscura". Física de Astropartículas . 21 (6): 667–687. arXiv : hep-ex/0404042 . Código bibliográfico : 2004APh....21..667C. doi :10.1016/j.astropartphys.2004.05.001. S2CID 17887096.
^ Kohn, C.; Ebert, U. (2015). «Cálculo de haces de positrones, neutrones y protones asociados a destellos de rayos gamma terrestres» (PDF) . Revista de investigación geofísica: atmósferas . 23 (4): 1620-1635. Código Bib : 2015JGRD..120.1620K. doi : 10.1002/2014JD022229 . Archivado (PDF) desde el original el 23 de diciembre de 2019 . Consultado el 25 de agosto de 2019 .
^ Kohn, C.; Diniz, G.; Harakeh, Muhsin (2017). "Mecanismos de producción de leptones, fotones y hadrones y su posible retroalimentación cerca de los líderes del rayo". Revista de investigación geofísica: atmósferas . 122 (2): 1365-1383. Código Bib : 2017JGRD..122.1365K. doi :10.1002/2016JD025445. PMC 5349290 . PMID 28357174.
^ Clowdsley, MS; Wilson, JW; Kim, MH; Singleterry, RC; Tripathi, RK; Heinbockel, JH; Badavi, FF; Shinn, JL (2001). "Entornos de neutrones en la superficie marciana" (PDF) . Física Médica . 17 (Suplemento 1): 94–96. PMID 11770546. Archivado desde el original (PDF) el 25 de febrero de 2005.
^ Byrne, J. Neutrones, núcleos y materia , Publicaciones de Dover, Mineola, Nueva York, 2011, ISBN 0486482383 , págs.
^ "Tutorial sobre isótopos y radiactividad". Archivado desde el original el 14 de febrero de 2020 . Consultado el 16 de abril de 2020 .
^ Ciencia/Naturaleza | Preguntas y respuestas: Reactor de fusión nuclear Archivado el 25 de febrero de 2022 en Wayback Machine . noticias de la BBC (6 de febrero de 2006). Recuperado el 4 de diciembre de 2010.
^ Byrne, J. Neutrones, núcleos y materia , Publicaciones de Dover, Mineola, Nueva York, 2011, ISBN 0486482383 , p. 453.
^ Klein, AG; Werner, SA (1 de marzo de 1983). "Óptica de neutrones". Informes sobre los avances en física . Publicación PIO. 46 (3): 259–335. doi :10.1088/0034-4885/46/3/001. ISSN 0034-4885. S2CID 250903152.
^ Kumakhov, MA; Sharov, VA (1992). "Una lente de neutrones". Naturaleza . 357 (6377): 390–391. Código Bib :1992Natur.357..390K. doi :10.1038/357390a0. S2CID 37062511.
^ Physorg.com, "Nueva forma de 'ver': un 'microscopio de neutrones'" Archivado el 24 de enero de 2012 en Wayback Machine . Physorg.com (30 de julio de 2004). Recuperado el 16 de agosto de 2012.
↑ «La NASA desarrolla una pepita para buscar vida en el espacio» Archivado el 8 de marzo de 2014 en Wayback Machine . NASA.gov (30 de noviembre de 2007). Recuperado el 16 de agosto de 2012.
^ Ioffe, A.; Dabagov, S.; Kumakhov, M. (1 de enero de 1995). "Doblación efectiva de neutrones en grandes ángulos". Noticias de neutrones . 6 (3): 20–21. doi :10.1080/10448639508217696. ISSN 1044-8632.
^ Salón, Eric J. (2000). Radiobiología para el radiólogo (5ª ed.). Filadelfia: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-2649-2. OCLC 43854159.
^ Johns HE y Cunningham JR (1978). La Física de la Radiología . Charles C. Thomas 3ª edición.
^ [email protected] (17 de abril de 2017). "Cómo son útiles los neutrones". NIST . Archivado desde el original el 25 de enero de 2021 . Consultado el 21 de enero de 2021 .
^ E Hadden; YIso; Un Kume; K Umemoto; T Jenke; M Fallar; J Klepp; Y Tomita (2022). "Elementos ópticos holográficos de alta eficiencia para experimentos con neutrones fríos". Puerta de la investigación . doi :10.13140/RG.2.2.26033.04963.
^ Hadden, Elhoucine; Iso, Yuko; Kume, Atsushi; Umemoto, Koichi; Jenke, Tobías; Falla, Martín; Klepp, Jürgen; Tomita, Yasuo (24 de mayo de 2022). "Rejillas compuestas de polímeros de nanopartículas a base de nanodiamantes con modulación del índice de refracción de neutrones extremadamente grande". En McLeod, Robert R; Tomita, Yasuo; Sheridan, John T; Pascual Villalobos, Inmaculada (eds.). Materiales Fotosensibles y sus Aplicaciones II . vol. 12151. ESPÍA. págs. 70–76. Código Bib : 2022SPIE12151E..09H. doi :10.1117/12.2623661. ISBN 9781510651784. S2CID 249056691.
^ B. Lauss (mayo de 2012). "Puesta en marcha de la fuente de neutrones ultrafríos de alta intensidad en el Instituto Paul Scherrer". Interacción hiperfina . 211 (1): 21-25. arXiv : 1202.6003 . Código Bib : 2012HyInt.211...21L. doi :10.1007/s10751-012-0578-7. S2CID 119164071.
^ R. Golub y JM Pendlebury (1977). "La interacción de neutrones ultrafríos (UCN) con helio líquido y una fuente supertérmica de UCN". Física. Letón. A . 62 (5): 337–339. Código bibliográfico : 1977PhLA...62..337G. doi :10.1016/0375-9601(77)90434-0.
^ A. Steyerl; H. Nagel; F.-X. Schreiber; K.-A. Steinhäuser; R. Gähler; W. Gläser; P. Agerón; JM Astruc; W. Drexel; G. Gervais y W. Mampe (1986). "Una nueva fuente de neutrones fríos y ultrafríos". Física. Letón. A . 116 (7): 347–352. Código bibliográfico : 1986PhLA..116..347S. doi :10.1016/0375-9601(86)90587-6.
^ Stefan Döge; Jürgen Hingerl y Christoph Morkel (febrero de 2020). "Espectros de velocidad medidos y densidades de neutrones de los puertos del haz de neutrones ultrafríos PF2 en el Institut Laue-Langevin". Núcleo. Instrumento. Métodos A. 953 : 163112. arXiv : 2001.04538 . Código Bib : 2020NIMPA.95363112D. doi :10.1016/j.nima.2019.163112. S2CID 209942845. Archivado desde el original el 24 de febrero de 2021 . Consultado el 24 de abril de 2020 .
^ Freeman, Tami (23 de mayo de 2008). "Afrontar los neutrones secundarios". Web de Física Médica. Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2010 . Consultado el 8 de febrero de 2011 .
^ Heilbronn, L.; Nakamura, T; Iwata, Y; Kurosawa, T; Iwase, H; Townsend, LW (2005). "Ampliar + Descripción general de la producción de neutrones secundarios relevantes para el blindaje en el espacio". Dosimetría de Protección Radiológica . 116 (1–4): 140–143. doi :10.1093/rpd/nci033. PMID 16604615. Archivado desde el original el 26 de enero de 2019 . Consultado el 25 de enero de 2019 .

Otras lecturas

James Byrne, Neutrones, núcleos y materia: una exploración de la física de los neutrones lentos . Mineola, Nueva York: Publicaciones de Dover, 2011. ISBN 0486482383 .
Abraham Pais , Hacia adentro , Oxford: Oxford University Press, 1986. ISBN 0198519974 .
Sin-Itiro Tomonaga , La historia del giro , The University of Chicago Press, 1997
Herwig Schopper , Interacciones débiles y desintegración beta nuclear , Editorial, Pub de Holanda Septentrional. Co., 1966.
Bibliografía comentada sobre neutrones de la Biblioteca Digital Alsos para Cuestiones Nucleares