Neutron je neutralna čestica koja pripada klasi adrona. Otkrio 1932. godine engleski fizičar J. Chadwick. Zajedno s protonima, neutroni su dio atomskih jezgara. Električni naboj neutrona je nula. To potvrđuju direktna mjerenja naboja od skretanja neutronskog snopa u jakim električnim poljima, koja su pokazala da (ovdje je elementarni električni naboj, tj. apsolutna vrijednost naboja elektrona). Indirektni podaci daju procjenu. Spin neutrona je 1/2. Kao hadron sa polucijelim spinom, pripada grupi bariona (vidi Proton). Svaki barion ima antičesticu; Antineutron je otkriven 1956. godine u eksperimentima rasejanja antiprotona jezgrama. Antineutron se razlikuje od neutrona po predznaku barionskog naboja; neutron, kao i proton, ima barionski naboj.
Poput protona i drugih hadrona, neutron nije prava elementarna čestica: sastoji se od jednog m-kvarka s električnim nabojem i dva -kvarka s nabojem - , međusobno povezanih gluonskim poljem (vidi Elementarne čestice, Kvarkovi, Snažne interakcije ).
Neutroni su stabilni samo u stabilnim atomskim jezgrama. Slobodni neutron je nestabilna čestica koja se raspada na proton, elektron i elektronski antineutrino (vidi Beta raspad):. Životni vijek neutrona je s, odnosno oko 15 min. Neutroni postoje u slobodnoj formi u materiji još manje zbog jake apsorpcije od strane njihovih jezgara. Stoga nastaju u prirodi ili se dobivaju u laboratoriju samo kao rezultat nuklearnih reakcija.
Prema energetskom bilansu različitih nuklearnih reakcija određuje se vrijednost razlike između masa neutrona i protona: MeV. Upoređujući je sa masom protona, dobijamo masu neutrona: MeV; ovo odgovara r, ili , gdje je masa elektrona.
Neutron učestvuje u svim vrstama fundamentalnih interakcija (vidi Jedinstvo sila prirode). Snažne interakcije vezuju neutrone i protone u atomskim jezgrama. Ovdje je već razmotren primjer slabe interakcije - beta raspada neutrona. Da li ova neutralna čestica učestvuje u elektromagnetnim interakcijama? Neutron ima unutrašnju strukturu, au slučaju opće neutralnosti u njemu postoje električne struje, što posebno dovodi do pojave magnetskog momenta u neutronu. Drugim riječima, u magnetnom polju, neutron se ponaša kao igla kompasa.
Ovo je samo jedan primjer njegove elektromagnetne interakcije.
Potraga za električnim dipolnim momentom neutrona izazvala je veliko interesovanje, za šta je dobijena gornja granica: . Ovde su naučnici Lenjingradskog instituta za nuklearnu fiziku Akademije nauka SSSR uspeli da izvedu najefikasnije eksperimente. Traganja za dipolnim momentom neutrona su važna za razumijevanje mehanizama narušavanja invarijantnosti u odnosu na preokret vremena u mikroprocesima (vidi paritet).
Gravitacione interakcije neutrona su posmatrane direktno iz njihovog upada u Zemljino gravitaciono polje.
Sada je prihvaćena uslovna klasifikacija neutrona prema njihovoj kinetičkoj energiji: spori neutroni eV, ima ih mnogo varijanti), brzi neutroni (eV), visokoenergetski eV). Veoma interesantna svojstva imaju veoma spori neutroni (eV), koji se nazivaju ultrahladni. Pokazalo se da se ultrahladni neutroni mogu akumulirati u "magnetnim zamkama", pa čak i njihovi spinovi mogu biti tamo orijentisani u određenom pravcu. Koristeći magnetna polja posebne konfiguracije, ultrahladni neutroni se izoluju od upijajućih zidova i mogu "živjeti" u zamci dok se ne raspadnu. Ovo omogućava mnoge suptilne eksperimente za proučavanje svojstava neutrona.
Druga metoda skladištenja ultrahladnih neutrona zasniva se na njihovim valnim svojstvima. Pri niskoj energiji, de Broljeva talasna dužina (vidi Kvantna mehanika) je toliko velika da se neutroni reflektuju od jezgara materije, baš kao što se svetlost odbija od ogledala. Takvi neutroni se jednostavno mogu pohraniti u zatvorenu "banku". Ovu ideju izneo je sovjetski fizičar Ya. B. Zel'dovich kasnih 1950-ih, a prvi rezultati su dobijeni u Dubni na Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja skoro deceniju kasnije. Nedavno su sovjetski naučnici uspjeli izgraditi brod u kojem ultrahladni neutroni žive do svog prirodnog raspada.
Slobodni neutroni mogu aktivno stupati u interakciju s atomskim jezgrama, uzrokujući nuklearne reakcije. Kao rezultat interakcije sporih neutrona sa materijom, mogu se uočiti efekti rezonancije, difrakcijsko rasipanje u kristalima itd. Zbog ovih karakteristika, neutroni se široko koriste u nuklearnoj fizici i fizici čvrstog stanja. Oni igraju važnu ulogu u nuklearnoj energiji, u proizvodnji transuranijumskih elemenata i radioaktivnih izotopa, te nalaze praktičnu primjenu u kemijskoj analizi i geološkim istraživanjima.
Šta je neutron? Ovo se pitanje najčešće postavlja među ljudima koji se ne bave nuklearnom fizikom, jer se neutron u njoj razumije kao elementarna čestica koja nema električni naboj i ima masu koja je 1838,4 puta veća od elektronske. Zajedno sa protonom, čija je masa nešto manja od mase neutrona, on je "cigla" atomskog jezgra. U fizici elementarnih čestica, neutron i proton se smatraju dvama različitim oblicima jedne čestice - nukleona.
Neutron je prisutan u sastavu jezgara atoma za svaki hemijski element, jedini izuzetak je atom vodonika, čije jezgro je jedan proton. Šta je neutron, kakvu strukturu ima? Iako se naziva elementarnom "ciglom" kernela, ipak ima svoju unutrašnju strukturu. Konkretno, pripada porodici bariona i sastoji se od tri kvarka, od kojih su dva kvarkova nižeg tipa, a jedan gornjeg tipa. Svi kvarkovi imaju delimični električni naboj: gornji je pozitivno nabijen (+2/3 naboja elektrona), a donji je negativno nabijen (-1/3 naboja elektrona). Zato neutron nema električni naboj, jer ga jednostavno kompenzuju kvarkovi koji ga čine. Međutim, magnetni moment neutrona nije jednak nuli.
U sastavu neutrona, čija je definicija data gore, svaki kvark je povezan s ostalima uz pomoć polja gluona. Gluon je čestica odgovorna za formiranje nuklearnih sila.
Osim mase u kilogramima i jedinicama atomske mase, u nuklearnoj fizici se i masa čestice opisuje u GeV (gigaelektronvoltima). Ovo je postalo moguće nakon Ajnštajnovog otkrića njegove čuvene jednačine E=mc 2, koja povezuje energiju i masu. Šta je neutron u GeV? Ovo je vrijednost od 0,0009396, što je nešto veće od vrijednosti protona (0,0009383).
Stabilnost neutrona i atomskih jezgara
Prisustvo neutrona u atomskim jezgrama je veoma važno za njihovu stabilnost i mogućnost postojanja same strukture atoma i materije uopšte. Činjenica je da protoni, koji također čine atomsko jezgro, imaju pozitivan naboj. A njihovo približavanje bliskim udaljenostima zahtijeva utrošak ogromne energije zbog Kulonove električne odbijanja. Nuklearne sile koje djeluju između neutrona i protona su 2-3 reda veličine jače od Kulombovih. Stoga su u stanju zadržati pozitivno nabijene čestice na malim udaljenostima. Nuklearne interakcije su kratkog dometa i manifestiraju se samo unutar veličine jezgra.
Formula neutrona se koristi za pronalaženje njihovog broja u jezgri. To izgleda ovako: broj neutrona = atomska masa elementa - atomski broj u periodnom sistemu.
Slobodni neutron je nestabilna čestica. Njegov prosječni životni vijek je 15 minuta, nakon čega se raspada na tri čestice:
- elektron;
- proton;
- antineutrino.
Preduvjeti za otkriće neutrona
Teorijsko postojanje neutrona u fizici predložio je još 1920. godine Ernest Rutherford, koji je na ovaj način pokušao da objasni zašto se atomska jezgra ne raspadaju zbog elektromagnetnog odbijanja protona.
Još ranije, 1909. godine u Njemačkoj, Bothe i Becker su ustanovili da ako se laki elementi, kao što su berilijum, bor ili litijum, ozrači visokoenergetskim alfa česticama iz polonija, tada nastaje zračenje koje prolazi kroz bilo koju debljinu različitih materijala. Pretpostavljali su da je u pitanju gama zračenje, ali nijedno takvo zračenje poznato u to vrijeme nije imalo tako veliku prodornu moć. Eksperimenti Bothea i Beckera nisu pravilno protumačeni.
Otkriće neutrona
Postojanje neutrona otkrio je engleski fizičar James Chadwick 1932. godine. Proučavao je radioaktivno zračenje berilija, proveo niz eksperimenata, dobivši rezultate koji se nisu poklapali s onima predviđenim fizičkim formulama: energija radioaktivnog zračenja daleko je premašila teorijske vrijednosti, a prekršen je i zakon održanja impulsa. Stoga je bilo neophodno prihvatiti jednu od hipoteza:
- Ili se ugaoni moment ne održava u nuklearnim procesima.
- Ili se radioaktivno zračenje sastoji od čestica.
Naučnik je odbacio prvu pretpostavku, jer je u suprotnosti sa osnovnim fizičkim zakonima, pa je prihvatio drugu hipotezu. Chadwick je pokazao da su radijaciju u njegovim eksperimentima formirale čestice s nultim nabojem, koje imaju jaku prodornu moć. Osim toga, uspio je izmjeriti masu ovih čestica, utvrdivši da je nešto veća od mase protona.
Spori i brzi neutroni
U zavisnosti od energije koju ima neutron, naziva se sporim (reda 0,01 MeV) ili brzim (reda 1 MeV). Takva klasifikacija je važna, jer neka od njenih svojstava zavise od brzine neutrona. Konkretno, brze neutrone dobro hvataju jezgra, što dovodi do stvaranja njihovih izotopa i uzrokuje njihovu fisiju. Spore neutrone slabo hvataju jezgra gotovo svih materijala, pa mogu lako proći kroz debele slojeve materije.
Uloga neutrona u fisiji jezgra uranijuma
Ako se zapitate što je neutron u nuklearnoj energiji, onda možemo sa sigurnošću reći da je to sredstvo za izazivanje procesa fisije jezgre urana, praćenog oslobađanjem velike energije. Ova reakcija fisije također proizvodi neutrone različitih brzina. Zauzvrat, generirani neutroni izazivaju raspad drugih jezgri urana, a reakcija se odvija lančano.
Ako je reakcija fisije uranijuma nekontrolirana, to će dovesti do eksplozije reakcionog volumena. Ovaj efekat se koristi u nuklearnim bombama. Kontrolisana reakcija fisije uranijuma je izvor energije u nuklearnim elektranama.
Šta je neutron? Koja je njegova struktura, svojstva i funkcije? Neutroni su najveće čestice koje sačinjavaju atome, koji su građevni blokovi sve materije.
Struktura atoma
Neutroni se nalaze u jezgru - gustom području atoma, također ispunjenom protonima (pozitivno nabijene čestice). Ova dva elementa zajedno drži sila koja se zove nuklearna. Neutroni imaju neutralni naboj. Pozitivni naboj protona se poklapa s negativnim nabojem elektrona kako bi se stvorio neutralni atom. Iako neutroni u jezgri ne utiču na naboj atoma, oni imaju mnoga svojstva koja utiču na atom, uključujući nivo radioaktivnosti.
Neutroni, izotopi i radioaktivnost
Čestica koja se nalazi u jezgru atoma - neutron je 0,2% veća od protona. Zajedno čine 99,99% ukupne mase istog elementa i mogu imati različit broj neutrona. Kada naučnici govore o atomskoj masi, oni misle na prosječnu atomsku masu. Na primjer, ugljenik obično ima 6 neutrona i 6 protona sa atomskom masom od 12, ali ponekad se javlja i sa atomskom masom od 13 (6 protona i 7 neutrona). Ugljik s atomskim brojem 14 također postoji, ali je rijedak. Dakle, atomska masa za ugljenik je u proseku 12,011.
Kada atomi imaju različit broj neutrona, nazivaju se izotopi. Naučnici su pronašli načine da dodaju ove čestice u jezgro kako bi stvorili velike izotope. Sada dodavanje neutrona ne utiče na naboj atoma, jer oni nemaju naboj. Međutim, oni povećavaju radioaktivnost atoma. To može rezultirati vrlo nestabilnim atomima koji mogu ispuštati visoke nivoe energije.
Šta je jezgro?
U hemiji, jezgro je pozitivno nabijeno središte atoma, koje se sastoji od protona i neutrona. Riječ "jezgro" dolazi od latinskog nucleus, što je oblik riječi koja znači "orah" ili "jezgro". Termin je 1844. godine skovao Michael Faraday da opiše centar atoma. Nauke koje se bave proučavanjem jezgra, proučavanjem njegovog sastava i karakteristika, nazivaju se nuklearna fizika i nuklearna hemija.
Jaka nuklearna sila drži zajedno protone i neutrone. Elektroni privlače jezgro, ali se kreću tako brzo da se njihova rotacija vrši na određenoj udaljenosti od centra atoma. Pozitivni nuklearni naboj dolazi od protona, ali šta je neutron? To je čestica koja nema električni naboj. Gotovo sva težina atoma sadržana je u jezgri, budući da protoni i neutroni imaju mnogo veću masu od elektrona. Broj protona u atomskom jezgru određuje njegov identitet kao elementa. Broj neutrona pokazuje koji izotop elementa je atom.
Veličina atomskog jezgra
Jezgro je mnogo manje od ukupnog prečnika atoma jer elektroni mogu biti dalje od centra. Atom vodonika je 145.000 puta veći od svog jezgra, a atom uranijuma je 23.000 puta veći od njegovog centra. Jezgro vodika je najmanje jer se sastoji od jednog protona.
Položaj protona i neutrona u jezgru
Proton i neutroni se obično prikazuju kao zbijeni zajedno i jednoliko raspoređeni po sferama. Međutim, ovo je pojednostavljenje stvarne strukture. Svaki nukleon (proton ili neutron) može zauzeti određeni energetski nivo i raspon lokacija. Iako jezgro može biti sferno, može biti i kruškolikog, globularnog ili diskastog oblika.
Jezgra protona i neutrona su barioni, koji se sastoje od najmanjih, zvanih kvarkovi. Privlačna sila ima veoma kratak domet, tako da protoni i neutroni moraju biti veoma blizu jedan drugom da bi bili vezani. Ova snažna privlačnost pobjeđuje prirodnu odbojnost nabijenih protona.
Proton, neutron i elektron
Snažan poticaj u razvoju takve nauke kao što je nuklearna fizika bilo je otkriće neutrona (1932). Za ovo bi trebao biti zahvalan engleski fizičar koji je bio Rutherfordov učenik. Šta je neutron? Ovo je nestabilna čestica, koja u slobodnom stanju za samo 15 minuta može da se raspadne na proton, elektron i neutrino, takozvanu neutralnu česticu bez mase.
Čestica je dobila ime zbog činjenice da nema električni naboj, neutralna je. Neutroni su izuzetno gusti. U izolovanom stanju, jedan neutron će imati masu od samo 1,67·10 - 27, a ako uzmete kašičicu gusto nabijenu neutronima, tada će nastali komad materije težiti milionima tona.
Broj protona u jezgru elementa naziva se atomski broj. Ovaj broj daje svakom elementu svoj jedinstveni identitet. U atomima nekih elemenata, kao što je ugljik, broj protona u jezgrima je uvijek isti, ali broj neutrona može varirati. Atom datog elementa sa određenim brojem neutrona u jezgri naziva se izotop.
Jesu li pojedinačni neutroni opasni?
Šta je neutron? Ovo je čestica koja je, zajedno sa protonom, uključena u. Međutim, ponekad mogu postojati i same. Kada su neutroni izvan jezgri atoma, oni stječu potencijalno opasna svojstva. Kada se kreću velikom brzinom, proizvode smrtonosno zračenje. Poznate po svojoj sposobnosti da ubijaju ljude i životinje, takozvane neutronske bombe imaju minimalan uticaj na nežive fizičke strukture.
Neutroni su vrlo važan dio atoma. Velika gustina ovih čestica, u kombinaciji sa njihovom brzinom, daje im izuzetnu razornu moć i energiju. Kao posljedica toga, oni mogu promijeniti ili čak razdvojiti jezgre atoma koji udaraju. Iako neutron ima neto neutralni električni naboj, sastavljen je od nabijenih komponenti koje se međusobno poništavaju u odnosu na naboj.
Neutron u atomu je sićušna čestica. Kao i protoni, oni su premali da bi se mogli vidjeti čak i elektronskim mikroskopom, ali su tu jer je to jedini način da se objasni ponašanje atoma. Neutroni su veoma važni za stabilnost atoma, ali van njegovog atomskog centra ne mogu postojati dugo vremena i raspadaju se u proseku za samo 885 sekundi (oko 15 minuta).
Učitavanje...