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¿Qué ocurre con los neutrones de los rayos cósmicos en la Tierra?

Cuando los rayos cósmicos caen del cielo, producen muchos neutrones. Se "añaden" al sistema de la Tierra, ¿qué ocurre con ellos?

  • ¿Se descomponen en protones? De ello se desprendería que entonces captan fácilmente un electrón libre y forman hidrógeno. ¿Se enriquece la Tierra con más y más hidrógeno a lo largo del tiempo?
  • ¿Son capturados por los núcleos en cuanto se termalizan? Entonces, ¿pasan todos a la producción de núcleos radiactivos (cosmogénicos)? ¿Qué ocurre con los neutrones en el océano, donde no hay núcleos pesados, forman agua deuterio?

¿Cuál es el proceso dominante y por qué?

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Eric Grunzke Puntos 158

Sí, están termalizados y capturados. Recuerda que el tiempo de vida del neutrón libre es de aproximadamente quince minutos, y que los neutrones térmicos se mueven a un par de kilómetros por segundo. La posibilidad de pasar quince minutos sin una interacción de captura es mínima. (Incluso en las llamadas "trampas de botella de neutrones", es difícil que el tiempo medio antes de la desaparición del neutrón se acerque al tiempo de vida de la desintegración beta). Habrá algo de desintegración libre, pero no mucho.

La atmósfera tiene mucho vapor de agua, y el suelo contiene mucha agua, para la captura en el hidrógeno; las secciones transversales para la captura en el carbono y el oxígeno son bastante bajas (son núcleos de partículas alfa) pero las secciones transversales en el nitrógeno (1,9 barn, para los neutrones térmicos) y el silicio (0,17 barn) son comparables al hidrógeno (0,33 barn). El hierro está en el mismo territorio. Puede consultar la Folleto de datos sobre neutrones tan bien como pueda. Los núcleos impar-protónicos, como el cobre, son típicamente inestables después de la captura de neutrones y se desintegrarán beta después de algún tiempo.

En realidad lo que recuerdo haber leído es que se producen más neutrones de rayos cósmicos en la tierra, por espalación rápida de muones, que en procesos como $\mathrm{^{14}N(p,n)^{14}C}$ en la atmósfera. Los primeros datos aparecieron en JETP, la revista soviética, y mencionaban que el térmico a nivel del suelo se incrementó notablemente por la presencia de medio metro de nieve que actúa como moderador.

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