Неутронът е неутрална частица, принадлежаща към класа на адроните. Открит през 1932 г. от английския физик Дж. Чадуик. Заедно с протоните, неутроните са част от атомните ядра. Електрическият заряд на неутрона е нула. Това се потвърждава от директни измервания на заряда от отклонението на неутронния лъч в силни електрически полета, които показват, че (ето елементарния електрически заряд, т.е. абсолютната стойност на заряда на електрона). Косвените данни дават оценка. Неутронният спин е 1/2. Като адрон с половин цяло число спин, той принадлежи към групата на бариони (виж Протон). Всеки барион има античастица; Антинеутронът е открит през 1956 г. в експерименти за разсейване на антипротони от ядра. Антинеутронът се различава от неутрона по знака на барионния заряд; неутронът, подобно на протона, има барионен заряд.
Подобно на протона и другите адрони, неутронът не е истинска елементарна частица: той се състои от един m-кварк с електрически заряд и два -кварка със заряд - , свързани помежду си с глуонно поле (вижте Елементарни частици, Кварки, Силни взаимодействия ).
Неутроните са стабилни само в стабилни атомни ядра. Свободният неутрон е нестабилна частица, която се разпада на протон, електрон и електронно антинеутрино (вижте Бета разпад):. Животът на неутрона е s, т.е. около 15 минути. Неутроните съществуват в свободна форма в материята още по-малко поради силното поглъщане от техните ядра. Следователно те възникват в природата или се получават в лабораторията само в резултат на ядрени реакции.
Според енергийния баланс на различни ядрени реакции се определя стойността на разликата между масите на неутрон и протон: MeV. Сравнявайки го с масата на протона, получаваме масата на неутрона: MeV; това съответства на r, или , където е масата на електрона.
Неутронът участва във всички видове фундаментални взаимодействия (вижте Единство на силите на природата). Силните взаимодействия свързват неутрони и протони в атомните ядра. Тук вече беше разгледан пример за слабо взаимодействие - бета-разпад на неутрони. Тази неутрална частица участва ли в електромагнитни взаимодействия? Неутронът има вътрешна структура и в случай на обща неутралност в него има електрически токове, водещи по-специално до появата на магнитен момент в неутрона. С други думи, в магнитно поле неутронът се държи като стрелка на компас.
Това е само един пример за неговото електромагнитно взаимодействие.
Голям интерес придоби търсенето на електрическия диполен момент на неутрона, за което беше получена горната граница: . Тук учените от Ленинградския институт по ядрена физика на Академията на науките на СССР успяха да извършат най-ефективните експерименти. Търсенето на диполния момент на неутроните е важно за разбирането на механизмите на нарушаване на инвариантността по отношение на обръщането на времето в микропроцесите (вижте паритета).
Гравитационните взаимодействия на неутроните са наблюдавани директно от тяхното попадане в гравитационното поле на Земята.
Сега е приета условна класификация на неутроните според тяхната кинетична енергия: бавни неутрони eV, има много разновидности от тях), бързи неутрони (eV), високоенергийни eV). Много интересни свойства имат много бавни неутрони (eV), наречени ултрастудени. Оказа се, че ултрастудените неутрони могат да се натрупват в "магнитни капани" и дори техните завъртания могат да бъдат ориентирани там в определена посока. Използвайки магнитни полета със специална конфигурация, ултрастудените неутрони се изолират от абсорбиращите стени и могат да "живеят" в капан, докато се разпаднат. Това позволява много фини експерименти за изследване на свойствата на неутроните.
Друг метод за съхранение на ултрастудени неутрони се основава на техните вълнови свойства. При ниска енергия дължината на вълната на де Бройл (вижте квантовата механика) е толкова голяма, че неутроните се отразяват от ядрата на материята, точно както светлината се отразява от огледалото. Такива неутрони могат просто да се съхраняват в затворена "банка". Тази идея е предложена от съветския физик Я. Б. Зелдович в края на 50-те години на миналия век, а първите резултати са получени в Дубна в Обединения институт за ядрени изследвания почти десетилетие по-късно. Наскоро съветски учени успяха да построят съд, в който ултрастудените неутрони живеят до естественото си разпадане.
Свободните неутрони са в състояние активно да взаимодействат с атомните ядра, причинявайки ядрени реакции. В резултат на взаимодействието на бавни неутрони с материята могат да се наблюдават резонансни ефекти, дифракционно разсейване в кристалите и пр. Поради тези особености неутроните намират широко приложение в ядрената физика и физиката на твърдото тяло. Те играят важна роля в ядрената енергетика, в производството на трансуранови елементи и радиоактивни изотопи и намират практическо приложение в химичния анализ и геоложките проучвания.
Какво е неутрон? Този въпрос най-често възниква сред хора, които не се занимават с ядрена физика, тъй като неутронът в нея се разбира като елементарна частица, която няма електрически заряд и има маса 1838,4 пъти по-голяма от електронната. Заедно с протона, чиято маса е малко по-малка от масата на неутрона, той е "тухла" на атомното ядро. Във физиката на елементарните частици неутронът и протонът се считат за две различни форми на една частица – нуклон.
Неутронът присъства в състава на ядрата на атомите за всеки химичен елемент, единственото изключение е водородният атом, чието ядро е един протон. Какво е неутрон, каква структура има? Въпреки че се нарича елементарна "тухла" на ядрото, тя все още има своя собствена вътрешна структура. По-специално, той принадлежи към семейството на бариони и се състои от три кварка, два от които са кварки от низходящ тип, а един е от възходящ тип. Всички кварки имат частичен електрически заряд: горният е положително зареден (+2/3 от заряда на електрона), а долният е отрицателно зареден (-1/3 от заряда на електрона). Ето защо неутронът няма електрически заряд, защото просто се компенсира от кварките, които го изграждат. Магнитният момент на неутрона обаче не е равен на нула.
В състава на неутрона, чието определение беше дадено по-горе, всеки кварк е свързан с останалите с помощта на глюонно поле. Глюонът е частицата, отговорна за образуването на ядрени сили.
В допълнение към масата в килограми и единици за атомна маса, в ядрената физика масата на частица се описва и в GeV (гигаелектронволта). Това стана възможно след откриването на Айнщайн на известното му уравнение E=mc 2 , което свързва енергията с масата. Какво е неутрон в GeV? Това е стойност от 0,0009396, която е малко по-голяма от тази на протона (0,0009383).
Стабилност на неутронните и атомните ядра
Наличието на неутрони в атомните ядра е много важно за тяхната стабилност и възможността за съществуване на самата атомна структура и материята като цяло. Факт е, че протоните, които също съставляват атомното ядро, имат положителен заряд. И тяхното приближаване до близки разстояния изисква изразходване на огромни енергии поради кулоновото електрическо отблъскване. Ядрените сили, действащи между неутрони и протони, са с 2-3 порядъка по-силни от кулоновите. Следователно те са в състояние да задържат положително заредени частици на близки разстояния. Ядрените взаимодействия са къси и се проявяват само в рамките на размера на ядрото.
Неутронната формула се използва за намиране на техния брой в ядрото. Изглежда така: броят на неутроните = атомната маса на елемента - атомното число в периодичната таблица.
Свободният неутрон е нестабилна частица. Средният му живот е 15 минути, след което се разпада на три частици:
- електрон;
- протон;
- антинеутрино.
Предпоставки за откриването на неутрона
Теоретичното съществуване на неутрона във физиката е предложено още през 1920 г. от Ърнест Ръдърфорд, който се опитва да обясни по този начин защо атомните ядра не се разпадат поради електромагнитното отблъскване на протоните.
Още по-рано, през 1909 г. в Германия, Боте и Бекер установяват, че ако леките елементи, като берилий, бор или литий, се облъчват с високоенергийни алфа частици от полоний, тогава се образува радиация, която преминава през всякаква дебелина на различни материали. Те предполагаха, че това е гама-лъчение, но нито едно такова излъчване, познато по това време, нямаше толкова голяма проникваща сила. Експериментите на Боте и Бекер не са били правилно интерпретирани.
Откриване на неутрона
Съществуването на неутрона е открито от английския физик Джеймс Чадуик през 1932 г. Той изучава радиоактивното излъчване на берилий, провежда серия от експерименти, получавайки резултати, които не съвпадат с тези, предвидени от физическите формули: енергията на радиоактивното излъчване далеч надхвърля теоретичните стойности, а законът за запазване на импулса също е нарушен. Следователно беше необходимо да се приеме една от хипотезите:
- Или ъгловият импулс не се запазва в ядрените процеси.
- Или радиоактивното излъчване се състои от частици.
Ученият отхвърли първото предположение, тъй като то противоречи на основните физически закони, така че той прие втората хипотеза. Чадуик показа, че радиацията в неговите експерименти се образува от частици с нулев заряд, които имат силна проникваща сила. Освен това той успя да измери масата на тези частици, установявайки, че тя е малко по-голяма от тази на протон.
Бавни и бързи неутрони
В зависимост от енергията, която притежава един неутрон, той се нарича бавен (от порядъка на 0,01 MeV) или бърз (от порядъка на 1 MeV). Такава класификация е важна, тъй като някои от нейните свойства зависят от скоростта на неутрона. По-специално, бързите неутрони са добре уловени от ядрата, което води до образуването на техните изотопи и причинява тяхното делене. Бавните неутрони са слабо уловени от ядрата на почти всички материали, така че могат лесно да преминават през дебели слоеве материя.
Ролята на неутрона в деленето на урановото ядро
Ако се запитате какво е неутрон в ядрената енергия, тогава можем да кажем с увереност, че това е средство за предизвикване на процеса на делене на ядрото на урана, придружен от освобождаване на голяма енергия. Тази реакция на делене също произвежда неутрони с различни скорости. От своя страна генерираните неутрони предизвикват разпадането на други уранови ядра и реакцията протича по верижен начин.
Ако реакцията на делене на уран е неконтролирана, това ще доведе до експлозия на реакционния обем. Този ефект се използва при ядрени бомби. Контролираната реакция на делене на урана е източник на енергия в атомните електроцентрали.
Какво е неутрон? Каква е неговата структура, свойства и функции? Неутроните са най-големите частици, които изграждат атомите, които са градивните елементи на цялата материя.
Структура на атома
Неутроните се намират в ядрото - плътна област на атома, също изпълнена с протони (положително заредени частици). Тези два елемента се държат заедно от сила, наречена ядрена. Неутроните имат неутрален заряд. Положителният заряд на протона се съпоставя с отрицателния заряд на електрона, за да се създаде неутрален атом. Въпреки че неутроните в ядрото не влияят на заряда на атома, те имат много свойства, които влияят на атома, включително нивото на радиоактивност.
Неутрони, изотопи и радиоактивност
Частица, която се намира в ядрото на атом - неутрон е с 0,2% по-голям от протон. Заедно те съставляват 99,99% от общата маса на един и същи елемент и могат да имат различен брой неутрони. Когато учените имат предвид атомната маса, те имат предвид средната атомна маса. Например въглеродът обикновено има 6 неутрона и 6 протона с атомна маса 12, но понякога се среща и с атомна маса 13 (6 протона и 7 неутрона). Въглеродът с атомен номер 14 също съществува, но е рядък. Така атомната маса за въглерода е средно 12,011.
Когато атомите имат различен брой неутрони, те се наричат изотопи. Учените са намерили начини да добавят тези частици към ядрото, за да създадат големи изотопи. Сега добавянето на неутрони не влияе на заряда на атома, тъй като те нямат заряд. Те обаче повишават радиоактивността на атома. Това може да доведе до много нестабилни атоми, които могат да отделят високи нива на енергия.
Какво е ядро?
В химията ядрото е положително зареденият център на атом, който се състои от протони и неутрони. Думата "ядро" идва от латинското ядро, което е форма на думата, означаваща "ядка" или "ядро". Терминът е въведен през 1844 г. от Майкъл Фарадей, за да опише центъра на атома. Науките, занимаващи се с изследване на ядрото, изучаване на неговия състав и характеристики, се наричат ядрена физика и ядрена химия.
Протоните и неутроните се държат заедно от силната ядрена сила. Електроните се привличат към ядрото, но се движат толкова бързо, че въртенето им се извършва на известно разстояние от центъра на атома. Положителният ядрен заряд идва от протони, но какво е неутрон? Това е частица, която няма електрически заряд. Почти цялото тегло на атома се съдържа в ядрото, тъй като протоните и неутроните имат много по-голяма маса от електроните. Броят на протоните в атомното ядро определя неговата идентичност като елемент. Броят на неутроните показва кой изотоп на даден елемент е атом.
Размер на атомното ядро
Ядрото е много по-малко от общия диаметър на атома, тъй като електроните могат да бъдат по-далеч от центъра. Водородният атом е 145 000 пъти по-голям от ядрото си, а урановият атом е 23 000 пъти по-голям от центъра му. Водородното ядро е най-малкото, защото се състои от един протон.
Местоположение на протоните и неутроните в ядрото
Протонът и неутроните обикновено се изобразяват като опаковани заедно и равномерно разпределени върху сфери. Това обаче е опростяване на действителната структура. Всеки нуклон (протон или неутрон) може да заема определено енергийно ниво и диапазон от места. Докато ядрото може да бъде сферично, то също може да бъде с крушовидна, кълбовидна или дисковидна форма.
Ядрата на протоните и неутроните са бариони, състоящи се от най-малките, наречени кварки. Силата на привличане има много малък обхват, така че протоните и неутроните трябва да са много близо един до друг, за да бъдат свързани. Това силно привличане преодолява естественото отблъскване на заредените протони.
Протон, неутрон и електрон
Мощен тласък в развитието на такава наука като ядрената физика е откриването на неутрона (1932 г.). Благодаря за това трябва да бъде английски физик, който е бил ученик на Ръдърфорд. Какво е неутрон? Това е нестабилна частица, която в свободно състояние само за 15 минути може да се разпадне на протон, електрон и неутрино, така наречената безмасова неутрална частица.
Частицата получи името си поради факта, че няма електрически заряд, тя е неутрална. Неутроните са изключително плътни. В изолирано състояние един неутрон ще има маса само 1,67·10 - 27 и ако вземете една чаена лъжичка, плътно натъпкана с неутрони, тогава полученото парче материя ще тежи милиони тонове.
Броят на протоните в ядрото на елемент се нарича атомно число. Това число дава на всеки елемент своя уникална идентичност. В атомите на някои елементи, като въглерода, броят на протоните в ядрата винаги е един и същ, но броят на неутроните може да варира. Атом на даден елемент с определен брой неутрони в ядрото се нарича изотоп.
Опасни ли са единичните неутрони?
Какво е неутрон? Това е частица, която заедно с протона е включена в Въпреки това, понякога те могат да съществуват сами. Когато неутроните са извън ядрата на атомите, те придобиват потенциално опасни свойства. Когато се движат с висока скорост, те произвеждат смъртоносна радиация. Известни със способността си да убиват хора и животни, така наречените неутронни бомби имат минимално въздействие върху неживите физически структури.
Неутроните са много важна част от атома. Високата плътност на тези частици, съчетана с тяхната скорост, им придава изключителна разрушителна сила и енергия. В резултат на това те могат да променят или дори да разкъсат ядрата на атомите, които удрят. Въпреки че неутронът има нетен неутрален електрически заряд, той е съставен от заредени компоненти, които се компенсират взаимно по отношение на заряда.
Неутронът в атома е малка частица. Подобно на протоните, те са твърде малки, за да се видят дори с електронен микроскоп, но са там, защото това е единственият начин да се обясни поведението на атомите. Неутроните са много важни за стабилността на атома, но извън неговия атомен център те не могат да съществуват дълго време и се разпадат средно само за 885 секунди (около 15 минути).
Зареждане...