Detectores de neutrones

El funcionamiento de casi todos los detectores de neutrones se basa en un proceso de dos pasos:

1. Conversión de neutrones (la reacción clave): un neutrón interactúa con un isótopo dentro de un material convertidor, lo que da lugar a una reacción nuclear que emite una o más partículas cargadas e ionizantes, las cuales se miden. El convertidor más adecuado se elige en función de la energía del neutrón.

• Neutrones térmicos (baja energía, ~0,025 eV): La reacción más habitual es ³He(n,p)³H o ¹⁰B(n,α)⁷Li. Estas reacciones tienen secciones eficaces (probabilidad) elevadas para los neutrones térmicos y liberan una energía cinética significativa en forma de un protón (p) y un tritón (³H), o de una partícula alfa (α) y un núcleo de litio.
• Neutrones rápidos (alta energía, >0,1 MeV): La detección se basa en la dispersión elástica con núcleos ligeros, como el hidrógeno (en un centelleador plástico o un moderador de polietileno). El neutrón transfiere una parte de su energía cinética al protón, creando un «protón de retroceso» que ioniza el medio moderador. Alternativamente, pueden utilizarse reacciones de umbral como (n,p) o (n,α) en materiales como el circonio o el silicio.

2. Detección de la partícula secundaria: Las partículas cargadas producidas en el primer paso (protones, partículas alfa, tritones, etc.) son detectadas a continuación por un detector de radiación. La señal de este detector se procesa y se cuenta.

• Los detectores llenos de gas (como los contadores proporcionales) detectan la ionización provocada por la partícula cargada al atravesar el gas.
• Los detectores de centelleo detectan los pulsos de luz producidos cuando la partícula cargada excita las moléculas de un material centelleante.

Para que un detector sea sensible a los neutrones rápidos, suele estar rodeado por un moderador, un material como el polietileno o el agua que contiene elementos ligeros. El moderador ralentiza (termaliza) los neutrones rápidos mediante sucesivas colisiones elásticas, lo que permite detectarlos a través de las reacciones de captura de neutrones térmicos, que tienen una alta probabilidad de producirse.