Radiación de neutrones

Question

En química aprendimos el poder de penetración de tres tipos comunes de radiación: alfa, beta y gamma. La alfa se puede detener con papel, la beta con una lámina de metal (creo) y la gamma con plomo. En la misma unidad, hablamos mucho de las armas nucleares, pero ni una sola vez hablamos de la radiación de neutrones que provoca la reacción en cadena en las armas nucleares. ¿Qué poder de penetración tiene la radiación neutrónica en comparación con las otras tres que hemos aprendido?

Answer 1

Los neutrones son mucho más difíciles de proteger que otras formas de radiación. La mejor manera es utilizar elementos ligeros, idealmente hidrógeno, pero el agua y el plástico fabricado a partir de hidrocarburos funcionarán bien debido a su alto contenido en hidrógeno. Un escudo de este tipo no absorbe realmente los neutrones, sino que simplemente los ralentiza hasta que se mueven a velocidades térmicas dentro del material. Una vez que hemos ralentizado los neutrones, podemos capturarlos en materiales que tienen grandes secciones transversales de absorción a velocidades térmicas.

http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/crosssection.html tiene una tabla de estas secciones transversales para los elementos de la tabla periódica. Los más interesantes se encuentran en la parte inferior, y si eliminamos los raros y caros (por no hablar de los radiactivos), nos encontramos con el boro y el cadmio como absorbentes adecuados. El boro tiene la ventaja adicional de ser ligero.

Incluso si optimizamos la elección de los materiales, un blindaje neutrónico típico para un reactor tendrá varios metros de grosor y aún tendremos que preocuparnos por la activación y los productos secundarios de la reacción nuclear. El blindaje neutrónico en una instalación real es, por tanto, complicado y no existen recetas sencillas.

Answer 2

La radiación neutrónica es difícil de blindar porque los neutrones no están cargados e interactúan sólo en reacciones de interacción fuerte y débil. La interacción fuerte tiene un corto alcance y la interacción débil es débil en comparación con las otras interacciones.

Otro problema es que la radiación de neutrones tiende a activar el material con bastante fuerza. Blindar la radiación neutrónica y desarrollar materiales que puedan resistirla el mayor tiempo posible es uno de los principales retos de la investigación sobre la fusión.

@CuriousOne mencionó algunas opciones para materiales con altas secciones transversales de captura de neutrones. Otro conjunto muy interesante de reacciones son las del litio-6 y el litio-7: \begin{align} \rm {}^6_3Li + {}^1_0n &\to\rm {}^4_2He + {}^3_1H + 4.8\,MeV \\ \rm {}^7_3Li + {}^1_0n\text{ (fast)} &\to\rm {}^4_2He + {}^3_1H + {}^1_0n - 2.5\,MeV\end{align}

Estos dos son muy interesantes para la fusión porque producen tritio $^{3}_1\mathrm{H}$ un importante combustible de fusión, absorbiendo/moderando la radiación neutrónica, un producto de fusión.