El helio-4 no aceptará un neutrón para formar helio-5, y no aceptará un protón para formar litio-5: ambos de esos isótopos tienen estados fundamentales que se desintegran por fragmentación alfa-nucleón. Pero estás equivocado al pensar que el helio-4 es el único isótopo de baja masa que no puede formarse por captura de un solo nucleón.
Como regla general, el espectro de excitación de un sistema cuántico "pequeño" tiene brechas más grandes entre los niveles de energía que el espectro de un sistema "grande". Cuando dispersas un nucleón de un núcleo $^A_N Z$ (como $\rm^4_2 He$), la dispersión se describe por el espectro de excitación del "núcleo compuesto" con número de masa $A+1$ y cuya energía de excitación se da por la energía total del sistema. La mayoría de mi experiencia es con haces de neutrones térmicos (mili-eV), donde las escalas de energía mega-eV para excitaciones nucleares significan que la energía del núcleo compuesto es solo su energía de separación de neutrones. En la literatura a veces se llaman "reacciones de umbral".
Si pones neutrones mili-eV en helio-3, no haces helio-4. Esto se debe principalmente a que todos los estados excitados en helio-4 no están ligados. Aquí hay un esquema de niveles parcial:
Niveles de energía del helio-4.
El sistema $\rm n+{^3He}$ en el umbral tiene la energía de separación de neutrones $S_n$, en la línea azul. Esta energía de umbral se superpone con el estado $0^+$ a 20 MeV, gracias a su ancho de energía de 0.5 MeV. El estado de captura $0^+$ está por encima de la energía de separación de protones $S_p$, lo que hace que la emisión de protones sea un canal de descomposición permitido. Además, la interacción electromagnética no puede facilitar una transición $0^+\to0^+$ al estado fundamental con un solo rayo gamma, porque el fotón debe llevar al menos una unidad de momento angular. El estado $0^-$ a la derecha también está involucrado, pero el análisis es el mismo para ese caso.
Entonces la captura de neutrones en $\rm^3He$ no puede formar $\rm^4He$; en cambio, obtienes fragmentación en $\rm^1H+{^3H}$ sin ninguna emisión de fotones. (Pequeña advertencia en una pregunta relacionada.)
Si pones neutrones mili-eV en litio-6, no haces litio-7 por casi la misma razón. Aquí hay un esquema de niveles de litio:
Niveles de energía del litio-7 (también de NNDC).
La mayor parte del núcleo compuesto de $\rm(n+{^6Li})$ estará en el estado $5/2^-$ cuyo ancho hace que se superponga con la energía de separación de neutrones $S_n$. Ese estado (y para mayor seguridad, el estado $7/2^-$ debajo de él) está por encima de la energía de umbral para $\rm^3H+{^4He}$. En este caso, una decadencia por fotones al estado fundamental de $\rm^7Li$ está permitida en principio, pero la interacción fuerte es mucho más ... más fuerte ... que la electromagnética, por lo que la fragmentación es abrumadoramente preferida. El litio-6 es un excelente blindaje de neutrones fríos, ya que los neutrones se convierten en núcleos pesados que se detienen instantáneamente en el material de protección, sin emitir fotones.
Mencionas $\rm n+{^{13}C}\to{^{14}C}$, lo cual está permitido, pero la sección transversal es minúscula. El caso más interesante en el sistema de masa 14 es el núcleo compuesto de $\rm(n+{^{14}N})$, que tiene una transición permitida a $\rm(p+{^{14}C})$. Aquí es de donde proviene el carbono-14: neutrones libres, liberados por espolvoreo inducido por rayos cósmicos, capturando nitrógeno en la atmósfera. El carbono-14 se desintegra por emisión beta porque su energía de estado fundamental es menor que la energía de separación de nucleones para el carbono-13: una consecuencia del espectro de excitación volviéndose más denso a medida que los núcleos se hacen más grandes y complicados.
