Ver el código de «Activación por neutrones»

{{Ciencia con neutrones}}
La '''activación por neutrones''' (también de nominada '''activación con neutrones''' o '''activación neutrónica''') es el proceso en el que la [[radiación por neutrones|radiación de neutrones]] [[Radiactividad inducida|induce]] [[radiactividad]] en los materiales irradiados, y se produce cuando un [[núcleo atómico]] captura [[Desintegración de neutrones libres|neutrones libres]], volviéndose más pesado y entrando en un [[estado excitado]]. El núcleo excitado decae inmediatamente emitiendo [[rayos gamma]], o partículas [[Desintegración beta|beta]], [[partícula alfa|alfa]], [[productos de la fisión nuclear]] y neutrones (en los procesos de [[fisión nuclear]]). Por lo tanto, el proceso de [[captura neutrónica]], incluso después de cualquier desintegración intermedia, a menudo da como resultado la formación de un [[producto activado]] inestable. Estos núcleos radiactivos pueden exhibir [[Semivida|períodos de semidesintegración]] que van desde pequeñas fracciones de segundo hasta muchos años.

La activación por neutrones es la única forma común de inducir que un material estable se vuelva intrínsecamente radiactivo. Todos los materiales naturales, incluidos el aire, el agua y el suelo, pueden ser inducidos (activados) mediante la captura de neutrones a emitir cierta cantidad de radiactividad en diversos grados, como resultado de la producción de [[radioisótopo]]s ricos en neutrones. Algunos átomos requieren más de un neutrón para volverse inestables, lo que los hace más difíciles de activar, porque la probabilidad de una captura doble o triple por parte de un núcleo es menor que la de una captura simple. El agua, por ejemplo, está formada por hidrógeno y oxígeno. El [[hidrógeno]] requiere una doble captura para alcanzar la inestabilidad como [[tritio]] ([[Anexo:Isótopos de hidrógeno|hidrógeno-3]]), mientras que [[oxígeno]] natural ([[oxígeno-16]]) requiere tres capturas para volverse inestable [[Anexo:Isótopos de oxígeno|oxígeno-19]]. Por lo tanto, el agua es relativamente difícil de activar, en comparación con el [[cloruro de sodio]] ([[Sodio|Na]][[Cloro|Cl]]), en el que tanto los átomos de sodio como los de cloro se vuelven inestables con una sola captura cada uno. Estos hechos se experimentaron de primera mano en la serie de pruebas atómicas de la ''[[Operación Crossroads]]'' en 1946.

==Ejemplos==
{{AP|Captura neutrónica}}
Un ejemplo de este tipo de reacción nuclear ocurre en la producción de [[cobalto-60]] dentro de un [[reactor nuclear]]: el cobalto-60 se desintegra mediante la emisión de una [[partícula beta]] y [[rayos gamma]] en [[níquel]]-60. Esta reacción tiene una vida media de aproximadamente 5,27 años y, debido a la disponibilidad de [[anexo:Isótopos de cobalto|cobalto-59]] (100% de su [[abundancia natural]]), este isótopo bombardeado con neutrones es una fuente valiosa de [[radiación ionizante]] (es decir, radiación gamma) para [[radioterapia]].<ref>[http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/te_1340_web.pdf Manual para radioisótopos producidos en reactores] del [[Organismo Internacional de Energía Atómica]]</ref>

:{{Nucleido|Co|59}} + {{Subatomic particle|10neutron}} → {{nuclide|cobalto|60}}

En otros casos, y dependiendo de la [[energía cinética]] de los neutrones, la captura de un neutrón puede provocar [[fisión nuclear]]: la división del núcleo atómico en dos núcleos más pequeños. Si la fisión requiere un aporte de energía, esta proviene de la energía cinética del neutrón. Un ejemplo de este tipo de fisión en un elemento ligero puede ocurrir cuando el isótopo estable de [[litio]], el [[anexo:Isótopos de litio|litio-7]], es bombardeado con neutrones rápidos y sufre la siguiente reacción nuclear:

:{{nuclide|litio|7}} + {{Subatomic particle|10neutron}} → {{nuclide|helio|4}} + {{nuclide|hidrógeno|3}} + {{Subatomic particle|10neutron}} + [[rayos gamma]] + [[energía cinética]]

En otras palabras, la captura de un neutrón por el litio-7 provoca que éste se divida en un núcleo energético de [[helio]] (una [[partícula alfa]]), un núcleo de [[tritio|hidrógeno]] ([[tritio]]) y un neutrón libre. El incidente de [[Castle Bravo]], en el que la prueba de la bomba termonuclear en el [[Atolón Bikini]] realizada en 1954 produjo una explosión con una potencia 2,5 veces mayor que la esperada, fue causado por la probabilidad inesperadamente alta de esta reacción.

En las áreas situadas alrededor de un [[reactor de agua a presión]] o de un [[reactor de agua en ebullición]] durante el funcionamiento normal, se produce una cantidad significativa de radiación debido a la activación de la [[temperatura neutrónica]] del oxígeno del agua refrigerante a través de una [[reacción np|reacción (n,p)]]. El núcleo de oxígeno-16 activado emite un protón (núcleo de hidrógeno) y se transmuta en nitrógeno-16, que tiene una vida muy corta (7,13 segundos) antes de descomponerse nuevamente en oxígeno-16 (emitiendo partículas beta de 6,13 MeV).<ref name="Neeb">{{cite book|last=Neeb|first= Karl Heinz|title=The Radiochemistry of Nuclear Power Plants with Light Water Reactors|publisher=Walter de Gruyter|location=Berlin-New York|date=1997|isbn=3-11-013242-7|url= https://books.google.com/books?id=SJOE00whg44C&pg=PA227|page=227}}</ref>

:{{nuclide|oxígeno|16}} + {{Subatomic particle|10neutron}} → {{Subatomic particle|11proton}} + {{nuclide|nitrógeno|16}} (que decae rápidamente)
:{{nuclide|nitrógeno|16}} → {{Subatomic particle|gamma}} + {{Partícula física|e|TL=0|BL=-1|TR=-|link=electrón}} + {{nuclide|oxígeno|16}}

Esta activación del agua refrigerante requiere [[protección radiológica]] adicional alrededor de la planta del reactor nuclear. Los rayos gamma de alta energía generados en la segunda reacción son las radiaciones más peligrosas asociadas con este proceso. Esta es la razón por la que el agua procedente del interior del núcleo de un reactor nuclear debe protegerse hasta que la radiación disminuya. Generalmente, es suficiente con uno o dos minutos.

En instalaciones que albergaban un ciclotrón, la base de [[hormigón armado]] puede volverse radiactiva debido a la activación de neutrones. Se pueden encontrar seis importantes isótopos radiactivos de larga vida (<sup>54</sup>Mn, <sup>55</sup>Fe, <sup>60</sup>Co, <sup>65</sup>Zn, <sup>133</sup>Ba y <sup>152</sup>Eu) dentro de núcleos de hormigón afectados por neutrones.<ref>{{cite journal|last1=Vichi|first1=Sara|title=Efficiency calibration of a portable CZT detector for|journal=Radiation Effects and Defects in Solids|date=2016|volume=171|pages=705–713|doi=10.1080/10420150.2016.1244675|s2cid=99556734 }}</ref> La radiactividad residual se debe predominantemente a los oligoelementos presentes y, por lo tanto, la cantidad de radiactividad derivada de la activación del ciclotrón es minúscula, es decir, pCi/g o [[Bequerelio|Bq/g]]. El límite de emisión para instalaciones con radiactividad residual es de 25 mrem/año.<ref name="NRC">{{cite web|last1=Nuclear Regulatory Commission 10 CFR 20.1402|title=Standards for Protection Against Radiation|url=https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part020/full-text.html|ref=10 CFR 20.1402}}</ref> A continuación se muestra un ejemplo de producción de <sup>55</sup>Fe a partir de la activación del hierro en las [[Acero corrugado|barras de acero]] que forman parte del hormigón armado:

:{{nuclide|Fe|54}} + {{Subatomic particle|10neutron}} → {{nuclide|Fe|55}}

==Casos de activación por neutrones==
La activación de neutrones es la única forma común de inducir que un material estable se vuelva intrínsecamente radiactivo. Los neutrones solo están libres en cantidad en los microsegundos de la explosión de un arma nuclear, en un reactor nuclear activo o en una fuente de neutrones por [[espalación]].

En un arma atómica, los neutrones solo se generan durante de 1 a 50 microsegundos, pero en cantidades enormes. La mayoría son absorbidos por la carcasa metálica de la bomba, que apenas comienza a verse afectada por la explosión en su interior. La activación de neutrones del metal que pronto se vaporizará es responsable de una parte significativa de la [[lluvia radiactiva]] en explosiones nucleares en la alta atmósfera. En otros tipos de activación, los neutrones pueden irradiar el suelo, que a continuación se dispersa en una nube en forma de hongo sobre la superficie de la Tierra o cerca de ella, lo que produce lluvia radiactiva por la activación de los elementos químicos del suelo.

==Efectos sobre los materiales en el tiempo==
En cualquier lugar con un alto [[flujo de neutrones]], como dentro de los núcleos de los reactores nucleares, la activación de neutrones contribuye a la erosión del material, por lo que los materiales del revestimiento deben eliminarse periódicamente y tratarse como [[residuo radiactivo|residuos radiactivos]] de bajo nivel. Algunos materiales están más sujetos a la activación de neutrones que otros, por lo que un material de baja activación elegido adecuadamente puede reducir significativamente este problema (véase [[International Fusion Materials Irradiation Facility]]). Por ejemplo, el [[Anexo:Isótopos de cromo|cromo-51]] se puede formar mediante la activación por neutrones del [[acero al cromo]] (que contiene Cr-50) expuesto al flujo de neutrones típico de un reactor.<ref>{{Cite web|url=http://ie.lbl.gov/toi/nuclide.asp?iZA=240051|title=Table of Isotopes decay data|access-date=2014-03-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20140305004349/http://ie.lbl.gov/toi/nuclide.asp?iZA=240051|archive-date=2014-03-05}}</ref>

El [[carbono-14]], generado con mayor frecuencia, pero no exclusivamente, por la activación del nitrógeno-14 atmosférico por el efecto de [[temperatura neutrónica|neutrones térmicos]] (junto con su vía de producción natural dominante a partir de interacciones entre rayos cósmicos y el aire; y de la realización histórica de [[Prueba nuclear|pruebas nucleares atmosféricas]]) también se genera en cantidades comparativamente pequeñas en el interior. Muchos diseños de reactores nucleares contienen impurezas de gas nitrógeno en su [[combustible nuclear]], en el [[agua refrigerante]] y debido a la activación neutrónica del oxígeno contenido en el agua misma. Los [[reactor reproductor|reactores reproductores]] (FBR) producen aproximadamente un orden de magnitud menos de C-14 que el tipo de reactor más común, el [[reactor de agua a presión]], ya que los FBR no utilizan agua como refrigerante primario.<ref>{{Cite web|url=http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TRS421_web.pdf|title=IAEA Technical report series no.421, Management of Waste Containing Tritium and Carbon-14}}</ref>

==Usos==

===Seguridad radiológica===
Para los médicos y responsables de seguridad radiológica, la activación del sodio en el cuerpo humano a sodio-24 y del fósforo a fósforo-32 puede proporcionar una buena estimación inmediata de la exposición aguda accidental a neutrones.<ref>[http://web.ornl.gov/info/reports/1993/3445603755103.pdf ORNL Report] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131001184002/http://web.ornl.gov/info/reports/1993/3445603755103.pdf|date=2013-10-01 }} on determination of dose from criticality accidents</ref>

====Detección de neutrones====
Una forma de demostrar que se ha producido la [[fusión nuclear]] dentro de un [[Fusor (dispositivo)|fusor]] es utilizar un [[contador Geiger]] para medir la radiactividad de rayos gamma que se produce a partir de una hoja de [[papel aluminio|papel de aluminio]].

En el enfoque de fusión [[Confinamiento inercial|ICF]], el rendimiento de la fusión del experimento (directamente proporcional a la producción de neutrones) generalmente se determina midiendo las emisiones de rayos gamma de objetivos de activación por neutrones de aluminio o cobre. El aluminio<ref>{{cite web|url=http://www.geneseo.edu/nuclear/aluminum-activation-results|title=DT neutron yield measurements using neutron activation of aluminum|author1=Stephen Padalino|author2=Heather Oliver|author3=Joel Nyquist|others= LLE Collaborators: Vladimir Smalyukand, Nancy Rogers}}</ref> puede capturar un neutrón y generar [[anexo:Isótopos de sodio|sodio-24]] radiactivo, que tiene una vida media de 15 horas<ref>{{cite web|url=http://www.aanda.org/articles/aa/full/2001/10/aah2362/node4.html|title= 4 Identified radioactive isotopes|publisher=Aanda.org|date=1998-03-02|access-date=2019-11-14}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://kubchemistry.weebly.com/uploads/6/9/8/7/6987088/chapter_22_nuclear_reactions.ppt|title=Nuclear Reactions|format=PPT|date=2014-11-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20141129070410/http://kubchemistry.weebly.com/uploads/6/9/8/7/6987088/chapter_22_nuclear_reactions.ppt|archive-date=2014-11-29}}</ref> y una energía de desintegración beta de 5,514 MeV.<ref>[http://www.site.uottawa.ca:4321/astronomy/index.html#sodium24] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060705214728/http://www.site.uottawa.ca:4321/astronomy/index.html|date=2006-07-05}}</ref>

La activación de una serie de elementos objetivo de prueba, como [[azufre]], cobre, [[tántalo (elemento)|tántalio]] y [[oro]], se ha utilizado para determinar el rendimiento tanto de [[Diseño de armas nucleares|armas nucleares de fisión pura]]<ref name=Kerr2005>{{cite book|chapter-url=http://www.rerf.or.jp/shared/ds02/pdf/chapter01/cha01-p42-61.pdf|chapter=Bomb Parameters|last1=Kerr|first1=George D.|last2=Young|first2=Robert W.|last3=Cullings|first3=Harry M.|last4=Christy|first4=Robert F.|pages=42–43|title=Reassessment of the Atomic Bomb Radiation Dosimetry for Hiroshima and Nagasaki – Dosimetry System 2002|year=2005|publisher=The Radiation Effects Research Foundation|editor=Robert W. Young, George D. Kerr|access-date=2014-03-13|url=https://web.archive.org/web/20150810210007/http://www.rerf.or.jp/shared/ds02/pdf/chapter01/cha01-p42-61.pdf|archive-date=2015-08-10}}</ref><ref name=Malik1985>{{cite web|url=http://www.osti.gov/manhattan-project-history/publications/LANLHiroshimaNagasakiYields.pdf|title=The Yields of the Hiroshima and Nagasaki Explosions|last=Malik|first=John|date=September 1985|publisher=Los Alamos National Laboratory|access-date=2014-03-09}}</ref> como de [[arma termonuclear|armas termonucleares]].<ref>{{cite book|title=Operation Ivy Final Report Joint Task Force 132|year=1952|url=http://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a995443.pdf|archive-url=https://web.archive.org/web/20140311064141/http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a995443.pdf|archive-date=2014-03-11|author=US Army}}</ref>

====Análisis de materiales====
{{AP|Análisis por activación neutrónica}}

El [[análisis por activación neutrónica]] es uno de los métodos más sensibles y precisos de análisis de oligoelementos. No requiere preparación ni solubilización de muestras y, por lo tanto, se puede aplicar a objetos que deben mantenerse intactos, como una obra de arte valiosa. Aunque la activación induce radiactividad en el objeto, su nivel suele ser bajo y su vida útil puede ser corta, por lo que sus efectos desaparecen pronto. En este sentido, la activación neutrónica es un método de análisis no destructivo.

Además, tiene la ventaja de que se puede realizar in situ. Por ejemplo, el aluminio (Al-27) se puede activar capturando neutrones de energía relativamente baja para producir el [[Anexo:Isótopos de aluminio|isótopo Al-28]], que se desintegra con una vida media de 2,3 minutos y con una energía de desintegración de 4,642 MeV.<ref>[http://www.site.uottawa.ca:4321/astronomy/index.html#aluminium28] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060705214728/http://www.site.uottawa.ca:4321/astronomy/index.html|date=2006-07-05}}</ref> Este isótopo activado se utiliza en la extracción de petróleo para determinar el contenido de [[Silicato (mineral)|arcilla]] (la arcilla es generalmente un [[aluminosilicato]]) del área subterránea bajo exploración.<ref>{{cite web|url=https://www.glossary.oilfield.slb.com/en/Terms.aspx?LookIn=term+name&filter=aluminum+activation+log|title=Search Results - Schlumberger Oilfield Glossary|website=www.glossary.oilfield.slb.com}}</ref>

Los historiadores pueden utilizar la activación por neutrones accidental para autentificar artefactos atómicos y materiales sujetos a flujos de neutrones debido a incidentes de fisión. Este es el caso de uno de los isótopos raros de [[bario]] presentes en la [[trinitita]] (cuya ausencia probablemente signifique una muestra falsa del mineral), un producto de la activación por neutrones de [[bario]] generada durante la [[Prueba Trinity]], originado por la [[Lente explosiva|lente]] de [[Velocidad de detonación|explosión lenta]] a base de ''[[baratol]]'' (una mezcla de TNT y nitrato de bario empleada para hacer detonar el dispositivo).<ref>{{cite journal|title=Radioactivity in Trinitite six decades later|doi=10.1016/j.jenvrad.2005.01.017|volume=85|issue=1|journal=Journal of Environmental Radioactivity|pages=103–120|pmid=16102878|cita= citeseerx: 10.1.1.494.5179|year=2006|last1=Parekh|first1=PP|last2=Semkow|first2=TM|last3=Torres|first3=MA|last4=Haines|first4=DK|last5=Cooper|first5=JM|last6=Rosenberga|first6=PM|last7=Kittoa|first7=ME|url=http://www.ecolo.org/documents/documents_in_english/Trinitite-JER-2006.pdf }}</ref>

===Producción de semiconductores===
La irradiación con neutrones se puede utilizar para el procesamiento de [[Oblea (electrónica)|obleas]] de [[silicio de zona flotante]] con el fin de desencadenar la transmutación fraccionada de átomos de silicio (Si) en fósforo (P) y, por lo tanto, obtener sectores de silicio dopados del tipo n,<ref name=":0">{{Cite book|last=Sze|first=S. M.|url=https://www.worldcat.org/oclc/869833419|title=Semiconductor devices : physics and technology|date=2012|publisher=Wiley|others=M. K. Lee|isbn=978-0-470-53794-7|edition=3|location=New York, NY|oclc=869833419}}</ref>{{Rp|page=366}} según la reacción:

:<math chem>\ce{_14^{30}Si} + \text{neutrón} \xrightarrow{} \ce{_14^{31}Si} + \text{rayo gamma}\xrightarrow{2.62hr}\ce{_15^{31}P} + \text{rayo beta}</math>

==Véase también==
*[[Radiactividad inducida]]
*[[Análisis por activación neutrónica]]
*[[Fósforo-32]], que se produce cuando el azufre captura un neutrón.
*[[Bomba salada]]
*[[Tabla de nucleidos]]

==Referencias==
{{listaref}}

==Enlaces externos==
*[https://web.archive.org/web/20161126143224/http://www.naa-online.net/ Web de análisis de activación de neutrones]
*[http://www-nds.iaea.org/publications/tecdocs/technical-reports-series-156.pdf Manual sobre secciones transversales de activación nuclear, OIEA, 1974]
*[https://www.orau.org/PTP/PTP%20Library/library/DOE/bnl/nuclidedata/table.htm Datos de desintegración en formato MIRD del Centro Nacional de Datos Nucleares del Laboratorio Nacional Brookhaven]
*[https://web.archive.org/web/20150924072849/http://www.physics.rutgers.edu/~abragg/110/lecture16.html Captura de neutrones en relación con la nucleosíntesis]
*[https://web.archive.org/web/20150810210025/http://www.orau.gov/tdd/QualPrgm/learningmaterials/RadiationProtection/rp12.pdf Captura de neutrones y gráfico de nucleidos]
*[http://www.nndc.bnl.gov/chart/ El gráfico de los nucleidos]
*[http://www.nscl.msu.edu/~thoennes/2009/chromium-adndt.pdf Descubrimiento de los isótopos de cromo, cromo-55 mediante captura de neutrones de Cr-54]
*[https://orill.readthedocs.io ORILL] : Código de transmutación 1D, agotamiento de combustible y protección radiológica.

==Lectura adicional==
*{{cite book|title=Operation Ivy Final Report Joint Task Force 132|year=1952|url=http://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a995443.pdf|archive-url=https://web.archive.org/web/20140311064141/http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a995443.pdf|archive-date=2014-03-11|author=US Army}}

{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Neutrón|Activation]]
[[Categoría:Radiación]]