¿Qué le sucede al electrón cuando un neutrón arranca un protón del átomo de hidrógeno?

En centelleadores de protones de retroceso, el hidrógeno actúa como un convertidor de neutrones para producir protones cuando un neutrón golpea un átomo de H. Pero, ¿qué le sucede al electrón en el átomo de H? ¿A dónde va? ¿Sigue siendo un electrón libre?

Ingenuamente, pensaría que sería capturado por otra molécula en el centelleador, convirtiendo a esa molécula en un ion. Pero la física de centelleo está fuera de mi experiencia.
En realidad, si tienes un átomo de hidrógeno y choca con un neutrón para producir un protón y un electrón, ¿no se recombinan el protón y el electrón para producir hidrógeno nuevamente?
@CinaedSimson: de hecho, con el tiempo, lo más probable es que algún electrón se combine. La posibilidad de que sea el electrón original es bastante pequeña, pero eso dependerá de la energía de retroceso.
¿Hay un tubo fotomultiplicador al final del centelleador? ¿Cómo detectan un evento electrónicamente?
@CinaedSimson sí, hay un fotomultiplicador al final del centelleador. Pero, ¿con qué se combinaría el electrón? El protón de retroceso ayuda a producir un fotoelectrón cuando interactúa con una molécula de centelleo.
¿Supongo que el electrón se uniría al desfile de electrones del PM? Pero eso todavía deja protones por ahí. Así que tengo otra pregunta relacionada, ¿el detector flota eléctricamente en relación con la tierra durante la recopilación de datos y se vuelve a conectar a tierra después de la ejecución de los datos para permitir que los electrones fluyan de regreso al detector?
@CinaedSimson Los centelleadores hacen luz ; las cargas libres en un centelleador no se convierten en una corriente detectable. Está pensando en algo como una tira de silicio u otro detector de semiconductores.

Respuestas (2)

Dado que la energía de ionización en un sólido es del orden de unos pocos eV y que la energía del neutrón entrante (y del protón de retroceso) es del orden de varios MeV, hay mucho más que preocuparse por el electrón inicial. El protón de retroceso provoca una lluvia de partículas ionizadas en el detector. Es la recombinación de estos millones de pares de iones de electrones lo que produce los fotones que "vemos" con el tubo fotomultiplicador.

Así que no creo que puedas decir con certeza qué sucede con el electrón original. Simplemente salta en la red hasta que finalmente encuentra un orbital al que llamar hogar.

Los centelladores generalmente no están hechos de hidrógeno puro; el hidrógeno está unido covalentemente a alguna molécula grande o está unido de otro modo a la estructura cristalina del sólido.

Si la radiación entrante, como un neutrón, libera a un protón, el protón generalmente deja atrás a su electrón asociado. Entonces, los centelleadores orgánicos que reaccionan de esta manera harían que una molécula neutra grande se convirtiera en una molécula un poco menos grande con carga negativa neta, debido al protón que falta. Un centelleador cristalino que experimentó un retroceso de protones (aunque no estoy seguro de que exista tal cosa) tendría, durante algún tiempo, un electrón adicional en el sitio del retroceso. La relajación de ambos procesados ​​de regreso al equilibrio es generalmente lo que produce la luz de centelleo que realmente llega a su detector.

¡Gracias, eso lo aclara! Además, supongamos que tengo un convertidor de neutrones hidrogenados no centelleantes como PMMA unido a un cristal centelleante no hidrogenado, el PMMA desarrollaría una carga negativa neta con el tiempo a medida que se irradia con neutrones, ¿verdad?
Para desarrollar una carga negativa neta, sus neutrones tendrían que expulsar por completo los protones del centelleador. Eso depende de dónde se produzcan las capturas de neutrones en el centelleador y del alcance de los protones golpeados. A menos que su centelleador sea muy delgado, no esperaría que sea un problema, pero en realidad es una pregunta que debe responder el modelado.
¿Qué le sucede al electrón cuando un neutrón arranca un protón del átomo de hidrógeno?
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