¿Qué sucede con los neutrones de rayos cósmicos en la Tierra?

Cuando los rayos cósmicos caen del cielo, producen muchos neutrones. Se "agregan" al sistema de la Tierra, entonces, ¿qué les está pasando?

  • ¿Se descomponen en protones? Se seguiría que luego atrapan fácilmente un electrón libre y forman hidrógeno. ¿Se enriquece la Tierra con más y más hidrógeno con el tiempo?
  • ¿Son capturados por los núcleos tan pronto como se termalizan? Entonces, ¿todos entran en la producción de núcleos radiactivos (cosmogénicos)? ¿Qué sucede con los neutrones en el océano, donde no hay núcleos pesados, forman agua de deuterio?

¿Qué es el proceso dominante y por qué?

Buena pregunta para la que sólo sé una respuesta parcial. Una vez que te adentras en el subsuelo, muchos se dedican a la creación de núcleos cosmogénicos , pero te sorprenderá saber cuántos de ellos son capturados en isótopos ligeros. Sorprendentemente, no sé cuántos simplemente se descomponen; KamLAND ciertamente tiene el potencial para responder esa pregunta, pero no sé si alguien ha realizado el estudio. Por desgracia, actualmente no estoy conectado a un experimento en el que pueda hacer el estudio.

Respuestas (1)

Sí, están termalizados y capturados. Recuerde que la vida útil de los neutrones libres es de aproximadamente quince minutos y que los neutrones térmicos se mueven un par de kilómetros por segundo. La posibilidad de pasar quince minutos sin una interacción de captura es mínima. (Incluso en las llamadas "trampas de botella de neutrones", es difícil obtener el tiempo medio antes de que desaparezcan los neutrones para acercarse al tiempo de vida de la desintegración beta). Habrá algo de desintegración libre, pero no mucha.

La atmósfera tiene mucho vapor de agua, y el suelo contiene mucha agua, para capturar hidrógeno; las secciones transversales para la captura de carbono y oxígeno son bastante bajas (son núcleos de partículas alfa), pero las secciones transversales de nitrógeno (1,9 barn, para neutrones térmicos) y silicio (0,17 barn) son comparables a las del hidrógeno (0,33 barn). Iron está en el mismo territorio. Puede hojear el Folleto de datos de neutrones tan bien como yo. Los núcleos de protones impares, como el cobre, suelen ser inestables después de la captura de neutrones y se descomponen en beta después de un tiempo.

En realidad, lo que recuerdo haber leído es que se producen más neutrones de rayos cósmicos en el suelo, por espalación rápida de muones, que en procesos como 14 norte ( pag , norte ) 14 C en la atmósfera. Los primeros datos aparecieron en JETP, la revista soviética, y mencionaban que el flujo térmico a nivel del suelo se incrementaba notablemente por la presencia de medio metro de nieve que actuaba como moderador.

La sección transversal para la captura de neutrones térmicos en C-12 es, sorprendentemente para mí, aproximadamente el 1% de la de H-1. Había suficiente de eso en KamLAND que tuvimos que contarlos.
@dmckee Bueno, KamLAND fue bastante impresionante.