Kargarik gabeko oinarrizko partikula hau materiaren funtsezko osagaietariko bat da. Neutroiek, protoiekin batera, nukleo atomikoak osatzen dituzte. Neutroiaren masa 1.675 × 10–27 kg da, protoiarena baino 1.839 aldiz handiagoa. Nukleo arinak egonkorrak dira, protoi- eta neutroi-kopuru bera edo neutroi baino protoi gehiago daukatelako. Nukleo astunetan, ordea, neutroiak nagusitzen dira, eta, ondorioz, nukleo astunak ezegonkorrak eta erradioaktiboak dira: gehiegizko neutroiak protoiak bilakatzen dira beta erradiazioaren bidez.

Neutroia egonkorra da nukleo atomiko bati lotuta dagoenean, baina ezegonkorra da egoera askean. Neutroi askea protoi bat, elektroi bat eta antineutrino bat sortuz zatitzen da, eta 17 minutuko bizi-denbora du. Neutroiak –1,913131 μn-ko momentu magnetikoa dauka, non μn, magnetoi nuklearraren balioa Bohren magnetoiaren milarena den.

Historia

1920. urtean, Ernest Rutherfordek neutroiaren existentzia iragarri zuen arren, James Chadwickek identifikatu zuen lehen aldiz neutroia 1932. urtean. Fisikari ingeles horrek beriliozko xafla mehea α partikulekin bonbardatu zuenean, metalak oso energia altuko eta γ izpien antzeko erradiazioa askatu zuen. Ondorengo esperimentuek frogatu zuten erradiazio hori Chadwickek neutroi izendatu zituen partikula subatomikoez osatuta zegoela. 1938. urtean, Enrico Fermik aurkitu zuen balaztatutako neutroiek edo neutroi termikoek elektroi arinek baino askoz joera handiagoa daukatela erreakzioetan parte hartzeko. 1942. urtean, Enrico Fermik berak erakutsi zuen uraniozko nukleoen fisioaren ondoriozko neutroiek erreakzio-kate kontrolatu bat sorraraz dezaketela.

Neutroi-iturriak

• Fisio nuklearreko erreaktoreak: neutroiak lortzeko erarik arruntena erreakzio nuklearrak erabiltzea da. Fisio nuklearreko erreakzioetan, uranio-atomoak hautsi egiten dira, eta neutroiak askatzen dituzte. Askatzen diren neutroi horiek beste uranio-nukleo batzuekin talka egiten dute, eta, hala, nukleoak hautsi eta neutroi gehiago sortzen dituzte. Kate-erreakzio horren ondorioz, neutroi ugari sortzeaz gain, energia-kantitate handiak askatzen dira. Hori dela eta, fisioko erreaktore gehienak energia lortzeko erabiltzen dira, nahiz eta ikerketarako erreaktore nuklearrak ere eraiki izan diren. Erreaktore horien arazo nagusia zera da: kate-erreakzioa geratu beharra dago, bestela, sekulako hondamendia gerta daiteke. Bestalde, ekoizten diren hondakin erradioaktiboen arazoa ere hor dago.

• Espalazio-iturriak edo energia handiko azeleragailuak: espalazio-tekniketan, protoiak erabiltzen dira. Protoiak abiadura handiz bidaltzen dira metal astunen aurka, hala nola merkurioaren edo berunaren aurka. Protoi horiek metaleko neutroiak energia altuagoko egoeretara kitzikatzen dituzte. Ondorengo deskitzikapen-prozesuaren bidez, neutroiak askatu egiten dira metaletik. Era honetan, neutroiak ekoizten dira nukleoa hautsi gabe. Beraz, teknika honen abantailetariko bat da erradiazio arriskurik ez duela. Espalazio-teknikan, gainera, ez da kate-erreakziorik gertatzen. Aipagarria da teknika honen bidez neutroiak lortzeko behar den energia erreakzio nuklearraren kasuan baino askoz ere txikiagoa dela.

• Fusio nuklearreko erreaktoreak: fusio nuklearraren, hau da, hidrogeno-isotopo astunen nahasketaren bidez ere neutroi-kopuru handiak ekoitz daitezke.

Aplikazioak

Neutroiak tresna paregabeak dira likido eta solidoen ikerketarako. Abantaila ugari agertzen dituzte dinamika eta egitura mikroskopikoak ikertzeko erabiltzen diren beste hainbat teknikekin konparatuta. Neutroiak partikula neutroak direnez, ez dute materiarekin elkarrekintza handirik jasaten, eta, elektroiak ez bezala, materiaren barruraino sar daitezke. Gainera, elkarrekintza ahula denez, ez dute lagina hondatzen. Neutroien energia µeV eta eV artekoa izan daiteke, eta, ondorioz, hainbat prozesu azter daitezke: µeV ordenako energietan gertatzen diren jauzi kuantikoko prozesuak (tunel-efektua) edo eV ordenako energia darabilten trantsizio elektronikoak, adibidez. Neutroi termikoen uhin-luzera distantzia atomikoen ordenakoa izateak difrakzio-neurketak ahalbidetzen ditu. Neutroiek momentu magnetikoa daukate, eta ikerketa magnetikoetarako tresna paregabea dira.

Abantaila guzti horiek direla eta, hainbat alorretan erabiltzen dira neutroi-teknikak: materia kondentsatuaren fisika, kimika, materialen zientzia, biozientzia, oinarrizko partikulen fisika, fisika nuklearra, ingeniaritza, etab.

Neutroi-teknika nagusiak hauek dira:

• Neutroi-sakabanaketa elastikoa edo difrakzioa (ENS, ingelesez, elastic neutron scattering): teknika kristalografiko honen bidez, material baten egitura atomiko edota magnetikoa zehatz daiteke. Lagina neutroi termikoekin erasotzen da, eta jasotzen den intentsitate-patroiak materialaren egiturari buruzko informazioa ematen digu. Sakabanaketa elastikoan, amaierako neutroiek hasierako neutroien energia bera edota txikiagoa daukate.

• Neutroi-sakabanaketa inelastikoa (INS, ingelesez, inelastic neutron scattering): teknika hau atomoen eta molekulen mugimendua ikertzeko erabiltzen da, baita eremu magnetikoaren eta kristal-eremuaren kitzikapenak aztertzeko ere. Neutroi-sakabanaketa ez-elastikoan, laginak eta neutroiek talka egiten dutenean, neutroien energiak pairatzen duten energia-aldaketa neurtzen da. Teknika honen barnean, hainbat mota bereiz daitezke: islapenezko neutroi-sakabanaketa (neutron backscattering), neutroairen spin-oihartzuna (neutron spin echo) izeneko teknikaeta abar.

• Beste zenbait neutroi-teknika: angelu txikiko neutroi-sakabanaketa (ingelesez, small angle neutron scattering); neutroi-sakabanaketa kuasielastikoa (ingelesez, quasi-elastic neutron scattering); neutroi-islapena (ingelesez, neutron reflection).