Neutronstrålar

Neutronstrålar är riktade flöden av neutroner, partiklar utan elektrisk laddning som färdas i en bestämd riktning och har en viss energifördelning. Eftersom neutroner saknar laddning interagerar de relativt svagt med elektroner men starkt med kärnor, vilket gör att de tränger igenom många material samtidigt som de lämnar detaljerad kärnstrukturvärdering.

Strålarna produceras främst i kärnreaktorer via fission eller i spallationskällor där höghastiga protoner träffar ett tungt mål. För att få en användbar energidistribution modereras neutronerna till termiska, kalla eller ibland snabba nivåer beroende på experimentet, och i vissa fall kan ultrakalla neutroner erhållas genom vidare kylning.

Neutroner interagerar med kärnor genom elastisk och inelastisk spridning samt genom absorption. Interaktionen beror på neutronens energi och kärnans sammansättning i materialet, vilket gör neutronstrålar särskilt informationsrika för studier av lätta element som väte och av isotopesammansättningar. Genom spridning och absorption kan man få information om kristallstrukturer, magnetiska ordningar, porstruktur och ytegenskaper. Spridningsdata brukar tolkas utifrån strålens intensitet, energispektrum och divergensegenskaper.

Användningar inkluderar neutrondiffraction för kristallstruktur, neutronreflektometri för ytor och tunna filmer, samt neutronradiografi och tomografi som visualiserar fördelningar av lättare element i material eller biologiska prover. Inom materialvetenskap, kemi och biologi används neutronstrålar också för att studera dynamiska processer och magnetiska fenomen.

Historiskt bidrog upptäckten av neutronen 1932 av James Chadwick till utvecklingen av moderna neutronkällor. Idag används neutronstrålar vid särskilda forskningsanläggningar som reaktorer och spallationskällor, där säkerhet och skärmning är centrala delar av infrastrukturen.