interacción de los neutrones con la materia - javier morales

7/25/2019 Interaccin de los neutrones con la materia - Javier Morales

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Interacciones de neutrones con la

El neutrn ocupa una posicin central en el mundo moderno de lostomos y radiacin


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Se describen las

principales fuentes deneutrones, sus

interacciones con lamateria, y el importanteproceso de la activacinde neutrones


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Las fuentes de neutrones

Los reactores nucleares son las fuentes

ms abundantes de neutrones. Elespectro de energa de los neutrones dela sin del U!" se e#tiende desde unospocos $e% a ms de &'(e%. La energamedia es de unos (e%


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Los aceleradores de partculas se utili)an

para generar *aces de neutrones pormedio de un n+mero de reaccionesnucleares.

deuterones acelerados ue golpean un blanco de tritiopara

producir neutrones a trav-s de la reaccin ! /d, n01e, es decir,


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2ara obtener neutrones monoenerg-ticos con un acelerador seutili)an com+nmente n+cleos livianos como blancos con un *a) deprotones o deuterones3 la tabla a continuacin muestra las principalesreacciones.

Los dos primeros son e#ot-rmica y puede ser utili)adas coniones de energa de unos pocos $e% en aceleradoresrelativamente baratos


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7simismo, las fuentes fotoneutrones, *aciendo uso dereacciones /8, n0, tambi-n estn disponibles

En contraste con las fuentes /5, n0, las cuales emiten neutrones conun espectro continuo de energa, fotoneutrones monoenerg-ticos sepuede obtener mediante la seleccin de un nucledo ue emite unrayo gamma de una sola energa.

9odas las fuentes en la 9abla son monoenerg-tica e#cepto el +ltimo, :;aemite rayos gamma de varias energas


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7lgunos n+cleos muy pesados presentan sin espontnea, emitiendoneutrones en el proceso.Ellos se pueden utili)ar como fuentes deneutrones. E


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Interacciones de neutrones con la materia

son de tres tipos?ispersiones elsticas

?ispersiones inelsticas;eacciones de captura

9odas ocurren entre el neutrn y el n+cleo del material blanco


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Si un neutrn posee energa

cin-tica via


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En gran contraste con otraspartculas nucleares, ue portan

carga, el neutrn, debido a uecarece de esta, puede atravesarla barrera de electrones atmicos

sin interactuar *asta poderc*ocar con los n+cleos de lostomos, o se dispersa, o es

capturado por el n+cleo de untomo.


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6olisin de neutrones con n+cleos puederesultar en la dispersin de los neutrones yretroceso de n+cleos con conservacin del

momento lineal /dispersin elstica0 op-rdida de energa cin-tica de neutrones enforma de radiacin gamma /dispersininelstica0. La captura de un neutrn por un

n+cleo de un tomo puede resultar en laemisin de otras partculas nucleares desdeel n+cleo /reacciones no elsticas0 o lafragmentacin del n+cleo en dos /sin

nuclear0.


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Un neutrn libre eventualmente sercapturado3 sin embargo, dado ue los

neutrones son inestables, algunos deellos presentaran una transformacin;adioactiva /@&'." m0 creando union de *idrogeno y una partcula beta


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?ispersin elsticaLa dispersin elstica de un neutrn por la colisin conun n+cleo atmico es similar a la de una bola de billarue c*oca con otra bola de billar. Una porcin de la

energa cin-tica de una partcula se transere a la otrasin p-rdida de energa cin-tica en el proceso. En otraspalabras, una parte de la energa cin-tica del neutrnse pueden transferir a un n+cleo a trav-s de colisincon el n+cleo, y la suma de las energas cin-tica del

neutrn dispersado y el n+cleo de retroceso ser iguala la energa original de la colisin de neutrones. Esteproceso de interaccin de neutrones con materia sloresulta la dispersin del neutrn y el retroceso del

n+cleo.


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?ispersin elstica es un mecanismo

com+n por el cual los neutrones rpidospierden su energa cuando interact+ancon los n+cleos atmicos de ba


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La energa mxima ue un neutrn de masa My deenerga cin-tica puede transferir a un n+cleo de masa menuna sola colisin elstica /de frente0 est dada por la

ecuacin

6olocando de ( @ &, podemos calcular la fraccin m#ima deenerga ue un neutrn puede perder en un c*oue con los n+cleosde los diferentes masas atmicas de n+meros m.


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2ara *idrgeno com+n, debido a ue lasmasas de protones y de neutrones sonprcticamente iguales, el neutrn puedeperder toda su energa cin-tica en un

c*oue de frente, como las bolas de billar.7 medida ue la masa nuclear aumenta,se puede ver cmo la ecacia de unmaterial de moderar neutrones por

colisin es cada ve) peor.


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;ecordemos ue en el capitulo de reacciones nuclearesse mostro ue el valor A de la reaccin estaba dado porD

?emostracin de la ecuacin de la diapositiva anterior

6omo all A tenia otra connotacinD


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?ispersin inelstica de neutrones

La dispersin inelstica puedeocurrir cuando neutrones rpidosc*ocan con los n+cleos de n+mero

atmico grande. El n+cleo deretroceso puede perder esta energade inmediato en forma de radiacingamma o permanecer por unperodo de tiempo en el estadometaestable e#citado.


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En dispersin inelstica por lo

tanto, no *ay conservacin delmomento entre el neutrn

dispersado y n+cleo deretroceso. La dispersininelstica se produce

principalmente con neutronesrpidos ue colisionan conn+cleos de n+mero atmico


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?ebido a la carga neutra en el neutrn, esrelativamente fcil para neutrones lentos, a pesar de

su energa cin-tica tan ba


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2or e


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2or lo tanto, se propone una solucin de para la ecuacin *omog-neams la adicin de la constante .

Los t-rminos e#ponenciales en ambos lados cancelan, y encuentrauno ue

;empla)ando en la ec. de arriba

La constante bdepende de las condiciones iniciales. Especicandoue ning+n tomo *i


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?e este modo se obtiene la e#presin n


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Una muestra de !>g de !S se irradia con neutrones rpidos uetienen una rata de Guencia constante de &"" cm> s>&. La seccineca) para la reaccin de !S /n, p0 !2 es ','' barn, y el periodode semidesintegracin es 9 @ &1,! d para el !2 . H6ul es la

actividad m#ima !2 ue puede ser inducidaH6untos das son necesarios para ue el nivel de la actividad alcancelas tres cuartas partes del m#imoEl n+mero total de tomos blanco es

La m#ima actividad /saturacin0 es D

El tiempo t necesario para alcan)ar las tres cuartas partes de este

valor se puede encontrar comoD


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Jisin

la energa de enlace por nuclen para los elementos pesados

disminuye a medida ue el n+mero de masa atmica aumenta

La sin nuclear puede ser inducida en ciertos n+cleos comoresultado de la absorcin de un neutrn. 6on el U!", !K2u y!!U, la absorcin de un neutrn t-rmico, puede producirvibraciones en el n+cleo, lo cual

*ace ue se distienda ue de tal manera ue se divide en dospartes debidoa la repulsin electrosttica de sus partes.

Los secciones ecaces de sin de estos istopos paraneutrones t-rmicos son, respectivamente, "=', 1, ""barns

!=U, ue reuiere un neutrn con un energa cin-tica en e#cesode & (e% para la sin. La seccin eca) de sin de U!= es',K barns.la sin no siempre resulta cuando un neutrn es absorbido porun n+cleo sionable. !"U siona slo el ="M de las vecesdespu-s de la absorcin de neutrones t-rmicos.


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F+cleos sionables pueden romperse en un n+mero de manerasdiferentes. El n+cleo !"U divide en alrededor de 1' modosdespu-s de la absorcin de un neutrn t-rmico. Uno e


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La energa producida en un reactor se convierte en su mayor parte encalor desde el frenado de las partculas cargadas, incluyendo el

retroceso de los n+cleos golpeados porneutrones y los electrones secundarios producidos por los rayosgamma. Los neutrinos escapan con p-rdidas de energa insignicantes.

9odos los fragmentos de sin son radioactivos y la mayora decaena trav-s de varias pasos a *i


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criticidadUn con


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Si en promedio ms de un neutron de sin produce la sinde otros n+cleos se dice ue el con


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7tenuacin y 7bsorcin de neutrones6onsideremos un Gu


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Ftese la similitud en el tratamiento de las interacciones de neutrones cdiscuti para los fotones.

7simismo se denen conceptos comoD

6oeciente msico de atenuacion para neutrones

9rayectoria libre media


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