La captura de neutrones es un tipo de reacción nuclear en la que el núcleo de un átomo se combina con un neutrón y forma un núcleo más pesado:
( UN , Z ) + norte → ( UN +1, Z ) + γ .El neutrón puede acercarse al núcleo incluso con una energía cinética cercana a cero, ya que es eléctricamente neutro, en contraste con el protón cargado positivamente, que solo puede ser capturado con una energía suficientemente alta para superar la repulsión electrostática.
El proceso de interacción de un núcleo con un neutrón es de carácter probabilístico y puede darse según tres esquemas principales:
Cada uno de los escenarios posibles tiene su propia probabilidad, caracterizada por la sección transversal de interacción . Las secciones eficaces dependen de la composición del núcleo y de la energía cinética del neutrón.
Como resultado de la reacción de captura de neutrones, se forma un isótopo más pesado del mismo elemento químico, por regla general, en un estado excitado. Los estados excitados, cuya energía de excitación es menor que la energía de enlace de una partícula o grupo de partículas en un núcleo dado, se llaman ligados . En este caso, la excitación solo puede eliminarse mediante la emisión de uno o más rayos gamma . Los estados con una energía de excitación mayor que la energía de enlace de las partículas se denominan cuasiestacionarios . En este caso, el núcleo puede emitir una partícula o un rayo gamma. Los núcleos pesados pueden fisionarse . La probabilidad de fisión después de la captura de neutrones a menudo se considera por separado de la probabilidad de captura, hablando de la sección transversal de fisión .
El isótopo formado como resultado de la captura de neutrones puede ser tanto estable como inestable (radiactivo). La activación de materiales por irradiación de neutrones (particularmente en reactores nucleares ) es una fuente importante de desechos radiactivos .
Las secciones transversales típicas para la captura de neutrones térmicos por los núcleos son del orden de 1 barn (cerca de la sección transversal geométrica del núcleo), sin embargo, para algunos nucleidos hay desviaciones de varios órdenes de magnitud tanto hacia un aumento como hacia una disminución en la captura transversal. sección se observan. Las secciones transversales de captura para neutrones rápidos son mucho más pequeñas; a medida que aumenta la energía, la sección transversal disminuye en proporción inversa a la velocidad del neutrón.
Capture la sección transversal de sustancias conocidas para neutrones de baja energía (los llamados neutrones "térmicos")
Sección transversal de captura para boro-10 (gráfico superior) versus energía de neutrones. Debido a su sección transversal de captura muy grande para neutrones de baja energía, el boro-10 se usa ampliamente para controlar reacciones en cadena en reactores nucleares de neutrones térmicos.
La capacidad de los núcleos pesados para capturar un neutrón con su posterior desintegración (fisión) es la piedra angular de la tecnología nuclear .
Sección transversal de fisión de sustancias conocidas para neutrones térmicos
Durante los primeros minutos después del Big Bang , todos los neutrones producidos por la bariogénesis fueron capturados por protones (para formar deuterones ) o se descompusieron . Las mediciones de la abundancia primaria de elementos ligeros (deuterio, helio, litio) permiten estudiar este período del Universo primitivo.
La captura de neutrones es muy importante para el proceso de nucleosíntesis de elementos más pesados que el hierro. Hay 2 tipos de capturas: un proceso r rápido (que tiene lugar a una alta densidad de neutrones, cuando los núcleos radiactivos beta - los productos de captura no tienen tiempo de desintegrarse antes de la siguiente captura de neutrones) y un proceso s lento (en este caso, la tasa de captura es menor que la tasa de decaimiento beta).