¿Qué le sucede a una molécula durante la captura de neutrones? ¿El proceso libera suficiente energía para romper el enlace de la molécula? En la fisión, este es obviamente el caso, ya que el núcleo compuesto se forma y luego se divide con suficiente energía para dividir el núcleo y mucho menos la molécula en la que se encontraba. Pero, ¿qué sucedió en un evento de captura térmica?
Por ejemplo, considere moléculas de agua con 2 Protium y 1 Ogygen siendo bombardeadas con neutrones térmicos. Después de una cantidad de tiempo suficiente, uno de los Protiums absorbe un neutrón y se convierte en deuterio. ¿Qué le sucede a la molécula de agua? ¿Se convierte en HDO o se rompe el enlace D y se convierte en un ion D+ libre y un par OH hasta que se agarra a algo que probablemente sea otra molécula de H2O o se adhiere a la pared del recipiente?
¿Cambia el comportamiento a medida que avanza en el gráfico de los nucleidos? Por ejemplo, ¿un átomo de carbono, hierro y uranio es diferente antes? Suponiendo, por supuesto, que el átomo de uranio no se fisione.
¡Bienvenido a física.SE! La intuición básica es que las escalas de energía nuclear son MeV, mientras que las escalas de energía química son eV, por lo que no esperamos que los enlaces moleculares sobrevivan a ningún proceso nuclear. Hay casos en los que se puede violar esta intuición, como en algunos casos de desintegración beta, pero en general es correcto.
Un neutrón térmico tiene una cantidad despreciable de energía en la escala nuclear. La energía liberada en la fusión neutrón-protón es de 2,2 MeV y se libera mediante la emisión de un rayo gamma. Debido a que el neutrón y la gamma tienen un impulso bajo, creo que la energía de retroceso del núcleo de deuterio estará en la escala de eV, por lo que puede o no ser suficiente para romper el enlace, dependiendo de la energía del neutrón. La gamma tiene un campo eléctrico fuerte e intensamente oscilante, por lo que esperaría que ionizara el hidrógeno al salir, pero no sé qué tan grande es la probabilidad.
En términos más generales, la captura de neutrones a menudo conduce a más reacciones o desintegraciones nucleares, como la emisión de neutrones o protones, la fisión inducida y la desintegración alfa, beta o gamma. En la mayoría de los casos, se garantiza virtualmente que estos tienen suficiente energía para romper enlaces e ionizar átomos (y también pueden transmutar el átomo en otro elemento).
La captura de neutrones en protones produce rayos gamma de 2,22 MeV. Su emisión produce el retroceso del deuterón resultante. Comprobemos cuál sería la energía cinética del deuterón como resultado de este retroceso. El impulso del deuterón sería igual al impulso del rayo gamma. (asumiendo neutrones lentos). Dado que 2,2 MeV es mucho más pequeño que el resto de la energía del deuterón podríamos usar una expresión no relativista para la energía cinética:
Por cierto, esta figura también nos dice que no tiene mucho sentido intentar ralentizar demasiado los neutrones antes de la captura: el resultado neto sería el mismo.
Además, el electrón del átomo de hidrógeno tiene buenas posibilidades de quedarse con el deuterón. De hecho, el cambio de momento necesario para el electrón es . Esto es menos que un impulso característico en el estado fundamental: ( es el radio de Bohr), por lo que el deuterón podría impartir este impulso sin perder el electrón.
usuario4552
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