Wat is een neutronenstraal?

Een neutronenstraal is een stroom neutronen, die subatomaire deeltjes zijn die geen elektrische lading hebben en worden gevonden, samen met positief geladen protonen, in de kernen van alle chemische elementen behalve de meest voorkomende vorm van waterstof, die slechts een proton heeft.Hoewel neutronen stabiel zijn in de kern, vervalt een vrij neutron in een proton, een elektron en een ander deeltje dat een elektronenantineutrino wordt genoemd;Geïsoleerde neutronen hebben een halfwaardetijd van iets meer dan 10 minuten, wat betekent dat na deze periode de helft van de neutronen in een bepaald monster zal zijn vervallen.Vrije neutronen worden geproduceerd door nucleaire splijting, bijvoorbeeld in een nucleaire reactor, en kunnen worden gegenereerd in deeltjesversnellers.Een neutronenstraal heeft veel belangrijke toepassingen in materiaalwetenschappen, geneeskunde en beveiliging.

Neutronenstralen worden normaal geproduceerd met behulp van neutronengeneratoren, die deeltjesversnellers zijn die deuterium of tritiumionen afvuren in doelen die deuterium, tritium of beide bevatten.Deuterium en tritium zijn isotopen van waterstof die respectievelijk één en twee neutronen bevatten.De fusie van deuterium en tritium produceert neutronen die kunnen worden gericht in een neutronenstraal.Neutronengeneratoren van dit type kunnen relatief klein en draagbaar zijn.

Hoewel de meeste vormen van straling interageren met de wolken van elektronen die atomaire kernen omringen, zijn neutronen, elektrisch neutraal en niet een vorm van elektromagnetische straling, interageren alleen met de kernen, die erg klein zijn in relatie tot het hele atoom.Een neutronenstraal is daarom zeer doordringend en kan de posities van atomaire kernen binnen een monster van materiaal weergeven.In tegenstelling tot röntgenfoto's kunnen neutronenstralen gemakkelijk zware metalen zoals lood binnendringen, maar zullen ook interageren met lichte elementen zoals waterstof en koolstof.Volgens de kwantumtheorie kunnen alle subatomaire deeltjes zich als golven gedragen, zodat neutronen golflengten hebben.Hierdoor kan een neutronenstraal worden verfijnd;Zowel de golflengte als de energie van de straal kunnen worden aangepast om specifieke materialen te detecteren.

De speciale eigenschappen van neutronenstralen hebben geleid tot een breed scala aan toepassingen, met name als een alternatieve beeldvormingstechniek die kan worden gebruikt in situaties waar x-Rays zijn niet effectief.Ze kunnen worden gebruikt om de interne structuren van materialen te onderzoeken, zoals het detecteren van scheuren en holtes in metaalcomponenten, en om de atoom- en moleculaire structuren van verbindingen te bepalen.Door hun vermogen om lichtere elementen te detecteren en toch door zwaardere gaan, kunnen neutronenstralen worden gebruikt voor beveiligingscontroles.Ze kunnen bijvoorbeeld verborgen explosieven of radioactief materiaal detecteren.Neutronenstralen hebben ook belangrijke medische toepassingen, met name bij de behandeling sommige vormen van kanker;Neutronenradiotherapie kan tumoren vernietigen die resistent zijn tegen conventionele radiotherapiebehandelingen.