Μια δέσμη νετρονίων είναι ένα ρεύμα νετρονίων, τα οποία είναι υποατομικά σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και βρίσκονται, μαζί με θετικά φορτισμένα πρωτόνια, στους πυρήνες όλων των χημικών στοιχείων εκτός από την πιο κοινή μορφή υδρογόνου, που έχει μόνο ένα πρωτόνιο. Αν και τα νετρόνια είναι σταθερά στον πυρήνα, ένα ελεύθερο νετρόνιο διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα άλλο σωματίδιο που ονομάζεται ηλεκτρόνιο αντινετρίνο. Τα απομονωμένα νετρόνια έχουν χρόνο ημιζωής λίγο περισσότερο από 10 λεπτά, πράγμα που σημαίνει ότι μετά από αυτή την περίοδο, τα μισά νετρόνια σε ένα δεδομένο δείγμα θα έχουν αποσυντεθεί. Τα ελεύθερα νετρόνια παράγονται με πυρηνική σχάση, για παράδειγμα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, και μπορούν να δημιουργηθούν σε επιταχυντές σωματιδίων. Μια δέσμη νετρονίων έχει πολλές σημαντικές εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών, την ιατρική και την ασφάλεια.
Οι δέσμες νετρονίων παράγονται κανονικά χρησιμοποιώντας γεννήτριες νετρονίων, οι οποίοι είναι επιταχυντές σωματιδίων που εκτοξεύουν ιόντα δευτερίου ή τριτίου σε στόχους που περιέχουν δευτέριο, τρίτιο ή και τα δύο. Το δευτέριο και το τρίτιο είναι ισότοπα υδρογόνου που περιέχουν ένα και δύο νετρόνια, αντίστοιχα. Η σύντηξη δευτερίου και τριτίου παράγει νετρόνια που μπορούν να εστιαστούν σε μια δέσμη νετρονίων. Οι γεννήτριες νετρονίων αυτού του τύπου μπορεί να είναι σχετικά μικρές και φορητές.
Αν και οι περισσότερες μορφές ακτινοβολίας αλληλεπιδρούν με τα νέφη ηλεκτρονίων που περιβάλλουν τους ατομικούς πυρήνες, τα νετρόνια, επειδή είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και όχι μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, αλληλεπιδρούν μόνο με τους πυρήνες, οι οποίοι είναι πολύ μικροί σε σχέση με ολόκληρο το άτομο. Επομένως, μια δέσμη νετρονίων είναι πολύ διεισδυτική και μπορεί να δείξει τις θέσεις των ατομικών πυρήνων μέσα σε ένα δείγμα υλικού. Σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ, οι δέσμες νετρονίων μπορούν εύκολα να διεισδύσουν σε βαρέα μέταλλα όπως ο μόλυβδος, αλλά επίσης θα αλληλεπιδράσουν με ελαφρά στοιχεία όπως το υδρογόνο και ο άνθρακας. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, όλα τα υποατομικά σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα, επομένως τα νετρόνια έχουν μήκη κύματος. Αυτό επιτρέπει σε μια δέσμη νετρονίων να βελτιωθεί. τόσο το μήκος κύματος όσο και η ενέργεια της δέσμης μπορούν να ρυθμιστούν για να ανιχνεύσουν συγκεκριμένα υλικά.
Οι ειδικές ιδιότητες των δεσμών νετρονίων έχουν δημιουργήσει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, ιδίως ως εναλλακτική τεχνική απεικόνισης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε καταστάσεις όπου οι ακτίνες Χ δεν είναι αποτελεσματικές. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξέταση των εσωτερικών δομών των υλικών, όπως η ανίχνευση ρωγμών και κοιλοτήτων σε μεταλλικά συστατικά, και για τον προσδιορισμό των ατομικών και μοριακών δομών των ενώσεων. Η ικανότητά τους να ανιχνεύουν ελαφρύτερα στοιχεία, αλλά να περνούν μέσα από βαρύτερα, επιτρέπει τη χρήση δέσμης νετρονίων για ελέγχους ασφαλείας. Μπορούν να ανιχνεύσουν κρυμμένα εκρηκτικά ή ραδιενεργό υλικό, για παράδειγμα. Οι δέσμες νετρονίων έχουν επίσης σημαντικές ιατρικές εφαρμογές, κυρίως στη θεραπεία ορισμένων μορφών καρκίνου. Η ακτινοθεραπεία νετρονίων μπορεί να καταστρέψει όγκους που είναι ανθεκτικοί στις συμβατικές θεραπείες ακτινοθεραπείας.