Un haz de neutrones es una corriente de neutrones, que son partículas subatómicas que no tienen carga eléctrica y se encuentran, junto con los protones cargados positivamente, en los núcleos de todos los elementos químicos, excepto la forma más común de hidrógeno, que solo tiene un protón. Aunque los neutrones son estables en el núcleo, un neutrón libre se desintegra en un protón, un electrón y otra partícula llamada antineutrino electrónico; los neutrones aislados tienen una vida media de poco más de 10 minutos, lo que significa que después de este período, la mitad de los neutrones de una muestra determinada se habrán desintegrado. Los neutrones libres se producen por fisión nuclear, por ejemplo en un reactor nuclear, y pueden generarse en aceleradores de partículas. Un haz de neutrones tiene muchas aplicaciones importantes en la ciencia de los materiales, la medicina y la seguridad.
Los haces de neutrones normalmente se producen utilizando generadores de neutrones, que son aceleradores de partículas que disparan iones de deuterio o tritio hacia objetivos que contienen deuterio, tritio o ambos. El deuterio y el tritio son isótopos de hidrógeno que contienen uno y dos neutrones, respectivamente. La fusión de deuterio y tritio produce neutrones que pueden enfocarse en un haz de neutrones. Los generadores de neutrones de este tipo pueden ser relativamente pequeños y portátiles.
Aunque la mayoría de las formas de radiación interactúan con las nubes de electrones que rodean los núcleos atómicos, los neutrones, al ser eléctricamente neutros y no una forma de radiación electromagnética, interactúan solo con los núcleos, que son muy pequeños en relación con todo el átomo. Por tanto, un haz de neutrones es muy penetrante y puede mostrar las posiciones de los núcleos atómicos dentro de una muestra de material. A diferencia de los rayos X, los rayos de neutrones pueden penetrar fácilmente metales pesados como el plomo, pero también interactuarán con elementos ligeros como el hidrógeno y el carbono. Según la teoría cuántica, todas las partículas subatómicas pueden comportarse como ondas, por lo que los neutrones tienen longitudes de onda. Esto permite ajustar con precisión un haz de neutrones; tanto la longitud de onda como la energía del haz se pueden ajustar para detectar materiales específicos.
Las propiedades especiales de los haces de neutrones han dado lugar a una amplia gama de aplicaciones, en particular como una técnica de formación de imágenes alternativa que puede emplearse en situaciones en las que los rayos X no son eficaces. Se pueden utilizar para examinar las estructuras internas de los materiales, como detectar grietas y cavidades en componentes metálicos, y para determinar las estructuras atómicas y moleculares de los compuestos. Su capacidad para detectar elementos más ligeros pero pasar a través de los más pesados permite que los haces de neutrones se utilicen para controles de seguridad. Pueden detectar explosivos ocultos o material radiactivo, por ejemplo. Los haces de neutrones también tienen importantes aplicaciones médicas, sobre todo en el tratamiento de algunas formas de cáncer; La radioterapia de neutrones puede destruir tumores resistentes a los tratamientos de radioterapia convencionales.