A neutron egy semleges részecske, amely a hadronok osztályába tartozik. J. Chadwick angol fizikus fedezte fel 1932-ben. A protonokkal együtt a neutronok az atommagok részét képezik. A neutron elektromos töltése nulla. Ezt igazolják a neutronnyaláb eltérüléséből származó töltés közvetlen mérései erős elektromos mezőben, ami azt mutatta, hogy (itt az elemi elektromos töltés, azaz az elektrontöltés abszolút értéke). A közvetett adatok becslést adnak. A neutron spin 1/2. Félegész spinű hadronként a barionok csoportjába tartozik (lásd Proton). Minden barionnak van antirészecskéje; Az antineutront 1956-ban fedezték fel az antiprotonok atommagok általi szórásával kapcsolatos kísérletek során. Az antineutron a neutrontól a bariontöltés előjelében különbözik; a neutronnak, akárcsak a protonnak, bariontöltése van.
A protonhoz és a többi hadronhoz hasonlóan a neutron sem igazi elemi részecske: egy elektromos töltésű m-kvarkból és két töltésű kvarkból áll, amelyeket gluontér köt össze (lásd Elemi részecskék, kvarkok, erős kölcsönhatások ).
A neutronok csak a stabil atommagokban stabilak. A szabad neutron egy instabil részecske, amely protonná, elektronná és elektron antineutrínóvá bomlik (lásd Béta-bomlás):. Egy neutron élettartama s, azaz körülbelül 15 perc. A neutronok még kevésbé léteznek szabad formában az anyagban az atommagjuk általi erős abszorpció miatt. Ezért csak nukleáris reakciók eredményeként keletkeznek a természetben, vagy a laboratóriumban kerülnek elő.
A különféle magreakciók energiamérlegének megfelelően a neutron és a proton tömege közötti különbség értéke meghatározásra kerül: MeV. Összehasonlítva a proton tömegével, megkapjuk a neutron tömegét: MeV; ez megfelel r, vagy , ahol az elektron tömege.
A neutron mindenféle alapvető kölcsönhatásban részt vesz (lásd: A természeti erők egysége). Erős kölcsönhatások kötik meg a neutronokat és a protonokat az atommagokban. A gyenge kölcsönhatás példáját – a béta neutron-bomlást – már itt is figyelembe vettük. Részt vesz ez a semleges részecske elektromágneses kölcsönhatásokban? A neutronnak belső szerkezete van, és általános semlegesség esetén elektromos áramok vannak benne, ami különösen mágneses momentum megjelenéséhez vezet a neutronban. Más szóval, a mágneses térben a neutron úgy viselkedik, mint egy iránytű tű.
Ez csak egy példa az elektromágneses kölcsönhatásra.
A neutron elektromos dipólusmomentumának keresése nagy érdeklődést váltott ki, amelyre a felső határt kaptuk: . A Szovjetunió Tudományos Akadémia Leningrádi Nukleáris Fizikai Intézetének tudósai itt végezték el a leghatékonyabb kísérleteket. A neutronok dipólusmomentumának keresése fontos az invariancia megsértésének mechanizmusainak megértéséhez a mikrofolyamatok időfordítása tekintetében (lásd a paritást).
A neutronok gravitációs kölcsönhatásait közvetlenül a Föld gravitációs terében való előfordulásuk alapján figyelték meg.
Most elfogadták a neutronok feltételes osztályozását kinetikus energiájuk szerint: lassú neutronok eV, sokféle változatuk van), gyors neutronok (eV), nagyenergiájú eV). Nagyon érdekes tulajdonságok nagyon lassú neutronok (eV), úgynevezett ultrahideg. Kiderült, hogy az ultrahideg neutronok "mágneses csapdákban" felhalmozódhatnak, és még a spinjeik is odairányíthatók egy bizonyos irányba. Különleges konfigurációjú mágneses mezők segítségével az ultrahideg neutronokat elszigetelik az elnyelő falaktól, és csapdában „élhetnek”, amíg el nem bomlik. Ez sok finom kísérletet tesz lehetővé a neutronok tulajdonságainak tanulmányozására.
Az ultrahideg neutronok tárolásának másik módja a hullámtulajdonságaikon alapul. Alacsony energiánál a de Broglie-hullámhossz (lásd: Kvantummechanika) akkora, hogy a neutronok az anyagmagokról verődnek vissza, ahogy a fény a tükörről. Az ilyen neutronokat egyszerűen egy zárt „bankban” lehet tárolni. Ezt az ötletet Ya. B. Zel'dovich szovjet fizikus terjesztette elő az 1950-es évek végén, és az első eredményeket csaknem egy évtizeddel később Dubnában, a Közös Atommagkutató Intézetben szerezték meg. Nemrég a szovjet tudósoknak sikerült olyan edényt építeniük, amelyben az ultrahideg neutronok természetes bomlásukig élnek.
A szabad neutronok képesek aktív kölcsönhatásba lépni az atommagokkal, nukleáris reakciókat okozva. A lassú neutronok anyaggal való kölcsönhatása következtében rezonanciahatások, kristályokban diffrakciós szóródások figyelhetők meg, stb.. Ezen tulajdonságok miatt a neutronokat széles körben alkalmazzák a magfizikában és a szilárdtestfizikában. Fontos szerepet töltenek be a nukleáris energetikában, a transzurán elemek és radioaktív izotópok előállításában, gyakorlati alkalmazásra találnak a kémiai elemzésben és a geológiai feltárásban.
Mi az a neutron? Ez a kérdés leggyakrabban az atomfizikával nem foglalkozó emberek körében merül fel, mivel a benne lévő neutronon olyan elemi részecskét értünk, amelynek nincs elektromos töltése, és tömege 1838,4-szer nagyobb, mint az elektronikusé. A protonnal együtt, amelynek tömege valamivel kisebb, mint a neutron tömege, az atommag "téglája". Az elemi részecskefizikában a neutront és a protont egy részecske - a nukleon - két különböző formájának tekintik.
A neutron minden kémiai elemnél jelen van az atommagok összetételében, az egyetlen kivétel a hidrogénatom, amelynek magja egy proton. Mi a neutron, milyen szerkezetű? Bár a kernel elemi "téglájának" nevezik, mégis megvan a maga belső szerkezete. Különösen a barionok családjába tartozik, és három kvarkból áll, amelyek közül kettő down típusú, egy pedig up típusú kvark. Minden kvarknak van egy töredékes elektromos töltése: a felső pozitív töltésű (+2/3 az elektrontöltésnek), az alsó pedig negatív töltésű (-1/3 az elektrontöltésnek). Éppen ezért a neutronnak nincs elektromos töltése, mert azt egyszerűen az őt alkotó kvarkok kompenzálják. A neutron mágneses momentuma azonban nem nulla.
A neutron összetételében, melynek definícióját fentebb megadtuk, minden kvark egy gluonmező segítségével kapcsolódik a többihez. A gluon a nukleáris erők kialakulásáért felelős részecske.
A magfizikában a kilogrammban és az atomtömeg-egységben megadott tömegen kívül a részecske tömegét GeV-ben (gigaelektronvolt) is leírják. Ez azután vált lehetségessé, hogy Einstein felfedezte híres E=mc 2 egyenletét, amely az energiát a tömeghez viszonyítja. Mi a neutron a GeV-ben? Ez az érték 0,0009396, ami valamivel nagyobb, mint a proton (0,0009383).
A neutron- és atommagok stabilitása
A neutronok jelenléte az atommagokban nagyon fontos stabilitásuk, valamint magának az atomszerkezetnek és általában az anyagnak a létezésének lehetősége szempontjából. Az a tény, hogy az atommagot is alkotó protonok pozitív töltéssel rendelkeznek. A közeli távolságokhoz való közeledésük pedig hatalmas energiák ráfordítását követeli meg a Coulomb elektromos taszítás miatt. A neutronok és protonok között ható nukleáris erők 2-3 nagyságrenddel erősebbek, mint a Coulomb-i erők. Ezért képesek a pozitív töltésű részecskéket közeli távolságban tartani. A nukleáris kölcsönhatások rövid hatótávolságúak, és csak a mag méretén belül nyilvánulnak meg.
A neutronképletet arra használják, hogy megtalálják a számukat az atommagban. Így néz ki: a neutronok száma = az elem atomtömege - a periódusos rendszer rendszáma.
A szabad neutron instabil részecske. Átlagos élettartama 15 perc, utána három részre bomlik:
- elektron;
- proton;
- antineutrínó.
A neutron felfedezésének előfeltételei
A neutron elméleti létezését a fizikában már 1920-ban javasolta Ernest Rutherford, aki így próbálta megmagyarázni, miért nem esnek szét az atommagok a protonok elektromágneses taszítása miatt.
Még korábban, 1909-ben Németországban Bothe és Becker megállapította, hogy ha könnyű elemeket, például berilliumot, bórt vagy lítiumot, nagy energiájú alfa-részecskékkel sugároznak be polóniumból, akkor olyan sugárzás keletkezik, amely bármilyen vastagságú anyagon áthalad. Azt feltételezték, hogy gamma-sugárzásról van szó, de az akkoriban ismert ilyen sugárzásnak ilyen nagy áthatoló ereje nem volt. Bothe és Becker kísérleteit nem értelmezték megfelelően.
A neutron felfedezése
A neutron létezését James Chadwick angol fizikus fedezte fel 1932-ben. Tanulmányozta a berillium radioaktív sugárzását, kísérletsorozatot végzett, és olyan eredményeket kapott, amelyek nem egyeztek meg a fizikai képletekkel előrejelzettekkel: a radioaktív sugárzás energiája messze meghaladta az elméleti értékeket, és megsértették a lendület megmaradásának törvényét is. Ezért el kellett fogadni az egyik hipotézist:
- Vagy a szögimpulzus nem marad meg a nukleáris folyamatokban.
- Vagy a radioaktív sugárzás részecskékből áll.
A tudós elvetette az első feltevést, mivel az ellentmond az alapvető fizikai törvényeknek, ezért elfogadta a második hipotézist. Chadwick kimutatta, hogy kísérleteiben a sugárzást nulla töltésű részecskék alkották, amelyek erős áthatolóerővel rendelkeznek. Ezenkívül meg tudta mérni ezeknek a részecskéknek a tömegét, és megállapította, hogy az valamivel nagyobb, mint a proton tömege.
Lassú és gyors neutronok
A neutron energiájától függően lassúnak (0,01 MeV nagyságrendű) vagy gyorsnak (1 MeV nagyságrendűnek) nevezzük. Egy ilyen osztályozás fontos, mivel bizonyos tulajdonságai a neutron sebességétől függenek. Különösen a gyors neutronokat jól befogják az atommagok, ami izotópjaik kialakulásához vezet, és hasadásukat okozza. A lassú neutronokat szinte minden anyag atommagja rosszul rögzíti, így könnyen átjutnak vastag anyagrétegeken.
A neutron szerepe az uránmag hasadásában
Ha megkérdezi magát, hogy mi a neutron az atomenergiában, akkor magabiztosan mondhatjuk, hogy ez az uránmag hasadási folyamatának indukálásának eszköze, amelyet nagy energia felszabadulással kísérnek. Ez a hasadási reakció különböző sebességű neutronokat is termel. A keletkezett neutronok viszont más uránmagok bomlását idézik elő, és a reakció láncszerűen megy végbe.
Ha az urán hasadási reakciója nem szabályozott, akkor ez a reakciótérfogat robbanásához vezet. Ezt a hatást atombombáknál használják. Az urán szabályozott hasadási reakciója az atomerőművek energiaforrása.
Mi az a neutron? Mi a felépítése, tulajdonságai és funkciói? A neutronok az atomokat alkotó részecskék közül a legnagyobbak, amelyek minden anyag építőkövei.
Az atom szerkezete
A neutronok az atommagban találhatók - az atom sűrű régiójában, amely szintén protonokkal (pozitív töltésű részecskék) van tele. Ezt a két elemet egy nukleáris erő tartja össze. A neutronok semleges töltéssel rendelkeznek. A proton pozitív töltését az elektron negatív töltésével párosítják, hogy semleges atomot hozzanak létre. Bár az atommagban lévő neutronok nem befolyásolják az atom töltését, számos olyan tulajdonságuk van, amelyek befolyásolják az atomot, beleértve a radioaktivitás szintjét.
Neutronok, izotópok és radioaktivitás
Egy részecske, amely az atommagban van - egy neutron 0,2%-kal nagyobb, mint egy proton. Együttesen ugyanannak az elemnek a teljes tömegének 99,99%-át teszik ki, és eltérő számú neutront tartalmazhatnak. Amikor a tudósok az atomtömegre hivatkoznak, akkor az átlagos atomtömeget értik. Például a szén általában 6 neutronból és 6 protonból áll, amelyek atomtömege 12, de néha előfordul, hogy 13 atomtömegű (6 proton és 7 neutron). A 14-es rendszámú szén is létezik, de ritka. Tehát a szén atomtömege átlagosan 12,011.
Ha az atomoknak különböző számú neutronja van, izotópoknak nevezzük őket. A tudósok megtalálták a módját, hogy ezeket a részecskéket a maghoz adják nagy izotópok létrehozása érdekében. A neutronok hozzáadása nem befolyásolja az atom töltését, mivel nincs töltésük. Ezek azonban növelik az atom radioaktivitását. Ez nagyon instabil atomokat eredményezhet, amelyek nagy mennyiségű energiát bocsáthatnak ki.
Mi az a mag?
A kémiában az atommag az atom pozitív töltésű központja, amely protonokból és neutronokból áll. A „mag” szó a latin magból származik, amely a „dió” vagy „mag” szó egyik formája. A kifejezést 1844-ben Michael Faraday alkotta meg az atom középpontjának leírására. Az atommag tanulmányozásával, összetételének és jellemzőinek vizsgálatával foglalkozó tudományokat magfizikának és magkémiának nevezik.
A protonokat és a neutronokat az erős nukleáris erő tartja össze. Az elektronok vonzódnak az atommaghoz, de olyan gyorsan mozognak, hogy forgásuk bizonyos távolságra történik az atom középpontjától. A pozitív magtöltés a protonokból származik, de mi az a neutron? Ez egy olyan részecske, amelynek nincs elektromos töltése. Az atom szinte teljes tömegét az atommag tartalmazza, mivel a protonok és neutronok sokkal nagyobb tömegűek, mint az elektronok. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atommag elemként való azonosságát. A neutronok száma jelzi, hogy egy elem melyik izotópja az atom.
Az atommag mérete
Az atommag sokkal kisebb, mint az atom teljes átmérője, mivel az elektronok távolabb is lehetnek a központtól. A hidrogénatom 145 000-szer nagyobb, mint az atommagja, az uránatom pedig 23 000-szer nagyobb, mint a középpontja. A hidrogén atommagja a legkisebb, mivel egyetlen protonból áll.
A protonok és neutronok elhelyezkedése az atommagban
A protonokat és a neutronokat általában összecsomagolva és a gömbök között egyenletesen elosztva ábrázolják. Ez azonban a tényleges szerkezet leegyszerűsítése. Minden nukleon (proton vagy neutron) elfoglalhat egy bizonyos energiaszintet és egy bizonyos tartományt. Míg a mag lehet gömb alakú, lehet körte-, gömb- vagy korong alakú is.
A protonok és neutronok magjai barionok, amelyek a legkisebbekből állnak, amelyeket kvarknak neveznek. A vonzóerő nagyon rövid hatótávolságú, ezért a protonoknak és a neutronoknak nagyon közel kell lenniük egymáshoz, hogy megköthetők legyenek. Ez az erős vonzalom legyőzi a töltött protonok természetes taszítását.
Proton, neutron és elektron
A neutron felfedezése (1932) hatalmas lendületet adott egy olyan tudomány fejlődésének, mint a magfizika. Ezt egy angol fizikusnak kell köszönnie, aki Rutherford tanítványa volt. Mi az a neutron? Ez egy instabil részecske, amely szabad állapotban mindössze 15 perc alatt képes protonná, elektronná és neutrínóvá, az úgynevezett tömeg nélküli semleges részecskévé bomlani.
A részecske arról kapta a nevét, hogy nincs elektromos töltése, semleges. A neutronok rendkívül sűrűek. Izolált állapotban egy neutron tömege csak 1,67 · 10 - 27, és ha veszünk egy teáskanálnyit, amely sűrűn tele van neutronokkal, akkor a keletkező anyagdarab több millió tonnát fog nyomni.
Az elem magjában lévő protonok számát atomszámnak nevezzük. Ez a szám minden elemnek saját egyedi azonosítóját adja. Egyes elemek atomjaiban, például a szénben, az atommagokban lévő protonok száma mindig azonos, de a neutronok száma változhat. Egy adott elem azon atomját, amelynek az atommagjában meghatározott számú neutron található, izotópnak nevezzük.
Veszélyesek az egyes neutronok?
Mi az a neutron? Ez egy részecske, amely a protonnal együtt benne van, azonban néha önállóan is létezhetnek. Amikor a neutronok az atommagokon kívül vannak, potenciálisan veszélyes tulajdonságokat szereznek. Amikor nagy sebességgel mozognak, halálos sugárzást bocsátanak ki. Az embereket és állatokat megölő képességükről ismert, úgynevezett neutronbombák minimális hatást gyakorolnak az élettelen fizikai struktúrákra.
A neutronok nagyon fontos részei az atomnak. E részecskék nagy sűrűsége, sebességükkel párosulva rendkívüli pusztító erőt és energiát ad nekik. Következésképpen megváltoztathatják vagy akár szét is szakíthatják a becsapódó atommagokat. Bár a neutronnak nettó semleges elektromos töltése van, töltött komponensekből áll, amelyek kioltják egymást a töltés tekintetében.
Az atomban lévő neutron egy apró részecske. A protonokhoz hasonlóan túl kicsik ahhoz, hogy még elektronmikroszkóppal is lássák, de ott vannak, mert csak így magyarázható az atomok viselkedése. A neutronok nagyon fontosak egy atom stabilitása szempontjából, de az atomközponton kívül nem létezhetnek hosszú ideig, és átlagosan mindössze 885 másodperc (kb. 15 perc) alatt bomlanak le.
Betöltés...