As principais características da radiação de nêutrons estão resumidas em alguns pontos a seguir:

• Nêutrons são partículas neutras – sem carga elétrica líquida.
• Nêutrons não podem causar ionização diretamente . Os nêutrons ionizam a matéria apenas indiretamente.
• Os nêutrons se espalham com núcleos pesados muito elasticamente . Núcleos pesados ​​muito duramente desaceleram um nêutron e muito menos absorvem um nêutron rápido.
• Os nêutrons podem viajar centenas de pés no ar sem nenhuma interação. A radiação de nêutrons é altamente penetrante .
• Para absorvê-los, os nêutrons devem ser primeiro diminuídos de velocidade. Este ponto pode ser cumprido apenas por material contendo núcleos leves (por exemplo, núcleos de hidrogênio).
• Uma absorção de nêutrons (diria-se blindagem) causa o início de certa reação nuclear  (por exemplo, captura radiativa ou até fissão ), que é acompanhada por vários outros tipos de radiação . Em resumo, os nêutrons tornam a matéria radioativa; portanto, com os nêutrons, temos que proteger também os outros tipos de radiação.
• Os nêutrons livres (fora de um núcleo) são instáveis ​​e decaem por decaimento beta. O decaimento do nêutron envolve a interação fraca e está associado a uma transformação de quarks (um quark down é convertido em um quark up).
• A vida útil média de um nêutron livre é de 882 segundos (ou seja, a meia-vida é de 611 segundos).
• Um fundo natural de nêutrons de nêutrons livres existe em toda parte da Terra e é causado por múons produzidos na atmosfera, onde raios cósmicos de alta energia colidem com partículas da atmosfera da Terra.

Descrição das partículas beta

As partículas beta são elétrons ou pósitrons de alta energia e alta velocidade emitidos por certos fragmentos de fissão ou por certos núcleos radioativos primordiais, como o potássio-40. As partículas beta são uma forma de radiação ionizante também conhecida como raios beta. A produção de partículas beta é denominada decaimento beta . Existem duas formas de decaimento beta, o decaimento de elétrons (decaimento β) e o decaimento de pósitrons (β + decaimento) . Em um reator nuclear, ocorre especialmente o decaimento β, porque a característica comum dos produtos de fissão é um excesso de nêutrons ( consulte Estabilidade nuclear).) Um fragmento de fissão instável com excesso de nêutrons sofre β-decaimento, onde o nêutron é convertido em próton, elétron e antineutrino .

Quando um pósitron (partícula de antimatéria) pára, ele interage com um elétron, resultando na aniquilação de ambas as partículas e na conversão completa de sua massa de repouso em energia pura na forma de dois fótons de 0,511 MeV direcionados de maneira oposta.

Perda de energia fracionária por comprimento de radiação no chumbo, como função de energia de elétrons ou pósitrons.Fonte: http://pdg.lbl.gov/

Materiais básicos para blindagem de partículas alfa e beta.

Decaimento beta ou decaimento β representa a desintegração de um núcleo parental para uma filha através da emissão da partícula beta. Essa transição ( β ^– decaimento ) pode ser caracterizada como:

Se um núcleo emite uma partícula beta, perde um elétron (ou pósitron). Nesse caso, o número de massa do núcleo filha permanece o mesmo, mas o núcleo filha formará um elemento diferente.

Exemplo de Decaimento Beta

Nêutron grátis

Um nêutron livre  é um nêutron que não é limitado em um núcleo. Ao contrário de um nêutron limitado, o nêutron livre está sujeito a  decaimento beta radioativo .

Decai em um próton, um elétron e um antineutrino (a contraparte antimatéria do neutrino, uma partícula sem carga e com pouca ou nenhuma massa). Um nêutron livre decairá com uma meia-vida de  cerca de 611 segundos  (10,3 minutos). Essa deterioração envolve  a interação fraca  e está associada a uma transformação de quarks (um quark down é convertido em um quark up). O decaimento do neutrão é um bom exemplo das observações que conduziram à descoberta de  neutrino . Por se deteriorar dessa maneira, o nêutron não existe na natureza em seu estado livre, exceto entre outras partículas altamente energéticas nos raios cósmicos. Como os nêutrons livres são  eletricamente neutros, eles passam pelos campos elétricos dentro dos átomos sem interação e estão interagindo com a matéria quase exclusivamente através de colisões relativamente raras com núcleos atômicos.

Deve-se notar que um próton não pode decair no espaço livre . Ou seja, um próton pode sofrer decaimento, mas apenas dentro de um núcleo. É devido à conservação do número de bárions que foi estabelecido como um princípio básico da física. Este princípio fornece base para a estabilidade do próton . Como o próton é a partícula mais leve entre todos os bárions, os produtos hipotéticos de seu decaimento teriam que ser não-bárions.

Veja também: Estabilidade do próton

Descoberta de Neutrino

O estudo do decaimento beta forneceu a primeira evidência física da  existência do neutrino . A  descoberta do neutrino  é baseada na  lei de conservação de energia  durante o processo de decaimento beta.

Veja também: Descoberta de Neutrino

Decaimento beta ou decaimento β representa a desintegração de um núcleo parental para uma filha através da emissão da partícula beta. Essa transição ( β ^– decaimento ) pode ser caracterizada como:

O decaimento beta é governado pela interação fraca . Durante um decaimento beta de dois para baixo quarks muda para um quark-se emitindo um W ^– Higgs (transporta para longe uma carga negativa). O W ^– Higgs depois decai para uma partícula beta e um antineutrino . Esse processo é equivalente ao processo no qual um neutrino interage com um nêutron.

Como pode ser visto na figura, a interação fraca muda um sabor de quark para outro. Observe que, o Modelo Padrão conta seis sabores de quarks e seis sabores de leptons. A interação fraca é o único processo no qual um quark pode mudar para outro, ou um lepton para outro lepton (mudança de sabor). Nem a forte interação nem eletromagnéticapermitir mudança de sabor. Este fato é crucial em muitos decaimentos de partículas nucleares. No processo de fusão, que, por exemplo, alimenta o Sol, dois prótons interagem através da força fraca para formar um núcleo de deutério, que reage ainda mais para gerar hélio. Sem a interação fraca, o diproton decairia de volta para dois prótons não ligados a hidrogênio-1 através da emissão de prótons. Como resultado, o sol não queimaria sem ele, pois a interação fraca causa a transmutação p -> n.

Ao contrário do decaimento alfa , nem a partícula beta nem seu neutrino associado existem dentro do núcleo antes do decaimento beta, mas são criados no processo de decaimento. Por esse processo, átomos instáveis ​​obtêm uma proporção mais estável de prótons e nêutrons. A probabilidade de decaimento de um nuclídeo devido a beta e outras formas de decaimento é determinada por sua energia de ligação nuclear. Para que a emissão de elétrons ou pósitrons seja energeticamente possível, a liberação de energia (veja abaixo) ou o valor Q deve ser positivo.

Decaimento beta positivo – Decaimento de pósitrons

No decaimento de pósitrons , um núcleo rico em prótons emite um pósitron (os pósitrons são antipartículas de elétrons e têm a mesma massa que os elétrons, mas com carga elétrica positiva) e, assim, reduzem a carga nuclear em uma unidade. Nesse caso, o processo pode ser representado por: Uma aniquilação ocorre quando um pósitron de baixa energia colide com um elétron de baixa energia.

A captura de elétrons , que também é típica para núcleos ricos em prótons, compete com decaimento beta positivo, mais comum em núcleos mais leves. A captura de elétrons  é o modo de decaimento primário para isótopos com diferença de energia insuficiente (Q <2 x 511 keV) entre o isótopo e sua filha em potencial para o nuclídeo decair emitindo um pósitron. Por outro lado,  a captura de elétrons  é sempre um modo de decaimento alternativo para isótopos radioativos que possuem energia suficiente para decair por emissão de pósitrons.

Interações pósitrons

As forças de coulombe  que constituem o principal mecanismo de perda de energia para os elétrons estão presentes para cargas positivas ou negativas na partícula e constituem o principal mecanismo de perda de energia também para os positrons. Qualquer que seja a interação, envolva uma força repulsiva ou atraente entre a partícula incidente e o elétron orbital (ou núcleo atômico), o impulso e a transferência de energia para partículas de igual massa  são praticamente os mesmos . Portanto, os  pósitrons interagem de maneira semelhante  com a matéria  quando são energéticos . A trilha de pósitrons no material é semelhante à trilha de elétrons. Até a perda de energia  e o alcance específicos  são os mesmos para as energias iniciais iguais.

No final de seu caminho , os  pósitrons diferem significativamente  dos elétrons. Quando um pósitron (partícula de antimatéria) pára, ele interage com um elétron (partícula de matéria), resultando na  aniquilação  de ambas as partículas e na conversão completa de sua massa de repouso  em energia pura  (de acordo com a  fórmula E = mc ² ) na forma de dois raios gama de 0,511 MeV direcionados de maneira oposta   ( fótons ).

Veja também:  Interação Positron

Veja também:  Blindagem de pósitrons

Decaimento beta negativo – Decaimento de elétrons.

No decaimento de elétrons, um núcleo rico em nêutrons emite um elétron de alta energia (β ^– partícula). Os elétrons são carregados negativamente com partículas quase sem massa. Devido à lei de conservação da carga elétrica, a carga nuclear deve aumentar em uma unidade. Nesse caso, o processo pode ser representado por: 

As partículas beta são elétrons ou pósitrons de alta energia e alta velocidade emitidos por certos tipos de núcleos radioativos, como o potássio-40. As partículas beta têm maior alcance de penetração do que as partículas alfa, mas ainda muito menos que os raios gama . As partículas beta emitidas são uma forma de radiação ionizante, também conhecida como raios beta.

Em um reator nuclear, ocorre especialmente o decaimento β, porque a característica comum dos produtos de fissão é um excesso de nêutrons (consulte Estabilidade nuclear ). Um fragmento de fissão instável com excesso de nêutrons sofre β-decaimento, onde o nêutron é convertido em próton, elétron e antineutrino . Um nêutron livre também sofre esse tipo de decaimento. Um nêutron livre decairá com uma meia-vida de cerca de 611 segundos (10,3 minutos) em um próton, um elétron e um antineutrino (a contraparte do neutrino em antimatéria , uma partícula sem carga e com pouca ou nenhuma massa).

Teoria da deterioração beta – interação fraca

O decaimento beta é governado pela interação fraca . Durante um decaimento beta de dois para baixo quarks muda para um quark-se emitindo um W ^– Higgs (transporta para longe uma carga negativa). O W ^– Higgs depois decai para uma partícula beta e um antineutrino . Esse processo é equivalente ao processo no qual um neutrino interage com um nêutron.

Como pode ser visto na figura, a interação fraca muda um sabor de quark para outro. Observe que, o Modelo Padrão conta seis sabores de quarks e seis sabores de leptons. A interação fraca é o único processo no qual um quark pode mudar para outro, ou um lepton para outro lepton (mudança de sabor). Nem a forte interação nem eletromagnéticapermitir mudança de sabor. Este fato é crucial em muitos decaimentos de partículas nucleares. No processo de fusão, que, por exemplo, alimenta o Sol, dois prótons interagem através da força fraca para formar um núcleo de deutério, que reage ainda mais para gerar hélio. Sem a interação fraca, o diproton decairia de volta para dois prótons não ligados a hidrogênio-1 através da emissão de prótons. Como resultado, o sol não queimaria sem ele, pois a interação fraca causa a transmutação p -> n.

Ao contrário do decaimento alfa , nem a partícula beta nem seu neutrino associado existem dentro do núcleo antes do decaimento beta, mas são criados no processo de decaimento. Por esse processo, átomos instáveis ​​obtêm uma proporção mais estável de prótons e nêutrons. A probabilidade de decaimento de um nuclídeo devido a beta e outras formas de decaimento é determinada por sua energia de ligação nuclear. Para que a emissão de elétrons ou pósitrons seja energeticamente possível, a liberação de energia (veja abaixo) ou o valor Q deve ser positivo.