Neutronas yra neutrali dalelė, priklausanti hadronų klasei. 1932 metais atrado anglų fizikas J. Chadwickas. Kartu su protonais neutronai yra atomo branduolių dalis. Neutrono elektrinis krūvis lygus nuliui. Tai patvirtina tiesioginiai krūvio iš neutronų pluošto nukreipimo stipriuose elektriniuose laukuose matavimai, kurie tą parodė (čia elementarus elektros krūvis, t.y. absoliuti elektrono krūvio vertė). Netiesioginiai duomenys suteikia įvertinimą. Neutronų sukinys yra 1/2. Kaip hadronas su pusės sveikojo skaičiaus sukimu, jis priklauso barionų grupei (žr. Protonas). Kiekvienas barionas turi antidalelę; Antineutronas buvo atrastas 1956 m., atliekant eksperimentus dėl antiprotonų sklaidos branduoliuose. Antineutronas nuo neutrono skiriasi bariono krūvio ženklu; neutronas, kaip ir protonas, turi bariono krūvį.
Kaip ir protonas bei kiti hadronai, neutronas nėra tikra elementarioji dalelė: jį sudaro vienas m-kvarkas su elektros krūviu ir du kvarkai su krūviu, sujungti gliuono lauku (žr. Elementariosios dalelės, Kvarkai, Stipri sąveika ).
Neutronai yra stabilūs tik stabiliuose atomų branduoliuose. Laisvasis neutronas yra nestabili dalelė, kuri skyla į protoną, elektroną ir elektronų antineutriną (žr. Beta skilimas):. Neutrono gyvenimo trukmė yra s, ty apie 15 min. Neutronai laisvos formos materijoje egzistuoja dar mažiau dėl stiprios jų branduolių absorbcijos. Todėl jie atsiranda gamtoje arba gaunami laboratorijoje tik dėl branduolinių reakcijų.
Pagal įvairių branduolinių reakcijų energijos balansą nustatoma neutrono ir protono masių skirtumo reikšmė: MeV. Palyginę ją su protono mase, gauname neutrono masę: MeV; tai atitinka r, arba , kur yra elektrono masė.
Neutronas dalyvauja visose pagrindinėse sąveikose (žr. Gamtos jėgų vienybė). Stipri sąveika suriša neutronus ir protonus atomų branduoliuose. Čia jau buvo svarstytas silpnos sąveikos pavyzdys – neutronų beta skilimas. Ar ši neutrali dalelė dalyvauja elektromagnetinėse sąveikose? Neutronas turi vidinę struktūrą, o bendro neutralumo atveju jame yra elektros srovės, dėl kurių neutrone ypač atsiranda magnetinis momentas. Kitaip tariant, magnetiniame lauke neutronas elgiasi kaip kompaso adata.
Tai tik vienas jo elektromagnetinės sąveikos pavyzdys.
Didelio susidomėjimo sulaukė neutrono elektrinio dipolio momento paieška, kuriai buvo gauta viršutinė riba: . Čia SSRS mokslų akademijos Leningrado Branduolinės fizikos instituto mokslininkams pavyko atlikti pačius efektyviausius eksperimentus. Neutronų dipolio momento paieškos yra svarbios norint suprasti invariancijos pažeidimo mechanizmus, susijusius su laiko apsisukimu mikroprocesuose (žr. paritetą).
Gravitacinė neutronų sąveika buvo stebima tiesiogiai iš jų patekimo į Žemės gravitacinį lauką.
Dabar priimta sąlyginė neutronų klasifikacija pagal jų kinetinę energiją: lėti neutronai eV, jų yra daug atmainų), greitieji neutronai (eV), didelės energijos eV). Labai įdomios savybės turi labai lėtus neutronus (eV), vadinamus ultrašaltais. Paaiškėjo, kad itin šalti neutronai gali būti kaupiami „magnetiniuose spąstuose“ ir net jų sukiniai gali būti ten nukreipti tam tikra kryptimi. Naudojant specialios konfigūracijos magnetinius laukus, itin šalti neutronai yra izoliuojami nuo sugeriančių sienelių ir gali „gyventi“ spąstuose, kol suirs. Tai leidžia atlikti daugybę subtilių eksperimentų tirti neutronų savybes.
Kitas itin šaltų neutronų saugojimo būdas yra pagrįstas jų banginėmis savybėmis. Esant mažai energijai, de Broglie bangos ilgis (žr. Kvantinė mechanika) yra toks didelis, kad neutronai atsispindi nuo materijos branduolių, kaip šviesa atsispindi nuo veidrodžio. Tokius neutronus galima tiesiog laikyti uždarame „banke“. Šią idėją šeštojo dešimtmečio pabaigoje iškėlė sovietų fizikas Ya. B. Zeldovičius, o pirmieji rezultatai buvo gauti Dubnoje Jungtiniame branduolinių tyrimų institute beveik po dešimtmečio. Neseniai sovietų mokslininkams pavyko pastatyti indą, kuriame itin šalti neutronai gyvena iki natūralaus skilimo.
Laisvieji neutronai gali aktyviai sąveikauti su atominiais branduoliais, sukeldami branduolines reakcijas. Dėl lėtųjų neutronų sąveikos su medžiaga gali būti stebimi rezonansiniai efektai, difrakcijos sklaida kristaluose ir kt.. Dėl šių savybių neutronai plačiai naudojami branduolinėje fizikoje ir kietojo kūno fizikoje. Jie atlieka svarbų vaidmenį branduolinės energetikos inžinerijoje, transurano elementų ir radioaktyviųjų izotopų gamyboje ir randa praktinį pritaikymą atliekant cheminę analizę ir geologinius tyrimus.
Kas yra neutronas? Šis klausimas dažniausiai kyla žmonėms, kurie nesusiję su branduoline fizika, nes jame esantis neutronas suprantamas kaip elementarioji dalelė, neturinti elektros krūvio ir kurios masė yra 1838,4 karto didesnė už elektroninę. Kartu su protonu, kurio masė yra šiek tiek mažesnė už neutrono masę, tai yra atomo branduolio „plyta“. Elementariųjų dalelių fizikoje neutronas ir protonas laikomi dviem skirtingomis vienos dalelės – nukleono – formomis.
Neutronas yra kiekvieno cheminio elemento atomų branduolių sudėtyje, vienintelė išimtis yra vandenilio atomas, kurio branduolys yra vienas protonas. Kas yra neutronas, kokia jo struktūra? Nors ji vadinama elementaria branduolio „plyta“, ji vis tiek turi savo vidinę struktūrą. Visų pirma, jis priklauso barionų šeimai ir susideda iš trijų kvarkų, iš kurių du yra pūkinio tipo kvarkai, o vienas - aukštojo tipo kvarkai. Visi kvarkai turi dalinį elektros krūvį: viršutinis yra teigiamai įkrautas (+2/3 elektrono krūvio), o apatinis – neigiamai (-1/3 elektrono krūvio). Štai kodėl neutronas neturi elektros krūvio, nes jį tiesiog kompensuoja jį sudarantys kvarkai. Tačiau neutrono magnetinis momentas nėra lygus nuliui.
Neutrono sudėtyje, kurio apibrėžimas buvo pateiktas aukščiau, kiekvienas kvarkas yra sujungtas su kitais gliuono lauko pagalba. Gliuonas yra dalelė, atsakinga už branduolinių jėgų susidarymą.
Be masės kilogramais ir atominės masės vienetų, branduolinėje fizikoje dalelės masė taip pat aprašoma GeV (gigaelektronvoltais). Tai tapo įmanoma po to, kai Einšteinas atrado savo garsiąją lygtį E=mc 2 , kuri susieja energiją su mase. Kas yra neutronas GeV? Tai yra 0,0009396 vertė, kuri yra šiek tiek didesnė nei protono vertė (0,0009383).
Neutronų ir atomų branduolių stabilumas
Neutronų buvimas atomo branduoliuose yra labai svarbus jų stabilumui ir pačios atominės struktūros bei materijos egzistavimo galimybei apskritai. Faktas yra tas, kad protonai, kurie taip pat sudaro atomo branduolį, turi teigiamą krūvį. O jų požiūris į artimus atstumus reikalauja didžiulių energijos sąnaudų dėl Kulono elektrinio atstūmimo. Branduolinės jėgos, veikiančios tarp neutronų ir protonų, yra 2–3 dydžiais stipresnės už Kulono jėgas. Todėl jie gali išlaikyti teigiamai įkrautas daleles artimu atstumu. Branduolinės sąveikos yra trumpo nuotolio ir pasireiškia tik branduolio dydžiu.
Neutronų formulė naudojama norint rasti jų skaičių branduolyje. Tai atrodo taip: neutronų skaičius = elemento atominė masė - atominis skaičius periodinėje lentelėje.
Laisvasis neutronas yra nestabili dalelė. Vidutinis jo gyvavimo laikas yra 15 minučių, po kurio jis suyra į tris daleles:
- elektronas;
- protonas;
- antineutrino.
Neutrono atradimo prielaidos
Teorinį neutrono egzistavimą fizikoje dar 1920 metais pasiūlė Ernestas Rutherfordas, taip pabandęs paaiškinti, kodėl dėl elektromagnetinio protonų atstūmimo nesuyra atomų branduoliai.
Dar anksčiau, 1909 m., Vokietijoje, Bothe ir Becker nustatė, kad jei šviesos elementai, tokie kaip berilis, boras ar litis, yra apšvitinami didelės energijos alfa dalelėmis iš polonio, tada susidaro spinduliuotė, kuri praeina per bet kokio storio įvairias medžiagas. Jie manė, kad tai buvo gama spinduliuotė, tačiau jokia tuo metu žinoma spinduliuotė neturėjo tokios didelės prasiskverbimo galios. Bothe ir Becker eksperimentai nebuvo tinkamai interpretuoti.
Neutrono atradimas
Neutrono egzistavimą 1932 m. atrado anglų fizikas Jamesas Chadwickas. Jis tyrė berilio radioaktyviąją spinduliuotę, atliko daugybę eksperimentų, gaudamas rezultatus, kurie nesutapo su prognozuojamais fizinėmis formulėmis: radioaktyviosios spinduliuotės energija gerokai viršijo teorines reikšmes, taip pat buvo pažeistas impulso tvermės dėsnis. Todėl reikėjo priimti vieną iš hipotezių:
- Arba branduoliniuose procesuose kampinis impulsas neišsaugomas.
- Arba radioaktyvioji spinduliuotė susideda iš dalelių.
Mokslininkas atmetė pirmąją prielaidą, nes ji prieštarauja pagrindiniams fiziniams dėsniams, todėl priėmė antrąją hipotezę. Chadwickas parodė, kad jo eksperimentuose spinduliuotę sudarė nulinio krūvio dalelės, kurios turi stiprią prasiskverbimo galią. Be to, jis sugebėjo išmatuoti šių dalelių masę ir nustatė, kad ji yra šiek tiek didesnė nei protono.
Lėti ir greiti neutronai
Priklausomai nuo neutrono energijos, jis vadinamas lėtu (0,01 MeV eilės) arba greitu (1 MeV eilės). Tokia klasifikacija yra svarbi, nes kai kurios jo savybės priklauso nuo neutrono greičio. Visų pirma, greituosius neutronus gerai sulaiko branduoliai, todėl susidaro jų izotopai ir atsiranda jų dalijimasis. Lėtuosius neutronus prastai fiksuoja beveik visų medžiagų branduoliai, todėl jie gali lengvai prasiskverbti per storus medžiagos sluoksnius.
Neutrono vaidmuo dalijantis urano branduolį
Jei paklausite savęs, kas yra neutronas branduolinėje energetikoje, tuomet galime drąsiai teigti, kad tai yra priemonė paskatinti urano branduolio dalijimosi procesą, lydimą didelės energijos išsiskyrimo. Ši dalijimosi reakcija taip pat gamina įvairaus greičio neutronus. Savo ruožtu susidarę neutronai sukelia kitų urano branduolių skilimą, o reakcija vyksta grandininiu būdu.
Jei urano dalijimosi reakcija yra nekontroliuojama, tai sukels reakcijos tūrio sprogimą. Šis efektas naudojamas branduolinėse bombose. Valdoma urano dalijimosi reakcija yra energijos šaltinis atominėse elektrinėse.
Kas yra neutronas? Kokia jo struktūra, savybės ir funkcijos? Neutronai yra didžiausios dalelės, sudarančios atomus, kurios yra visų medžiagų statybiniai blokai.
Atomo struktūra
Neutronai yra branduolyje – tankiame atomo regione, taip pat pripildytame protonų (teigiamai įkrautų dalelių). Šiuos du elementus kartu laiko jėga, vadinama branduoline. Neutronai turi neutralų krūvį. Teigiamas protono krūvis suderinamas su neigiamu elektrono krūviu, kad būtų sukurtas neutralus atomas. Nors branduolyje esantys neutronai neturi įtakos atomo krūviui, jie turi daug savybių, kurios turi įtakos atomui, įskaitant radioaktyvumo lygį.
Neutronai, izotopai ir radioaktyvumas
Dalelė, kuri yra atomo branduolyje – neutronas yra 0,2% didesnis už protoną. Kartu jie sudaro 99,99% visos to paties elemento masės ir gali turėti skirtingą neutronų skaičių. Kai mokslininkai nurodo atominę masę, jie turi omenyje vidutinę atominę masę. Pavyzdžiui, anglis paprastai turi 6 neutronus ir 6 protonus, kurių atominė masė yra 12, tačiau kartais ji būna ir 13 (6 protonai ir 7 neutronai). Taip pat egzistuoja anglis, kurios atominis skaičius yra 14, bet reta. Taigi anglies atominės masės vidurkis yra 12,011.
Kai atomai turi skirtingą neutronų skaičių, jie vadinami izotopais. Mokslininkai rado būdų, kaip šias daleles pridėti prie branduolio, kad būtų sukurti dideli izotopai. Dabar neutronų pridėjimas neturi įtakos atomo krūviui, nes jie neturi krūvio. Tačiau jie padidina atomo radioaktyvumą. Dėl to gali susidaryti labai nestabilūs atomai, kurie gali išleisti daug energijos.
Kas yra šerdis?
Chemijoje branduolys yra teigiamai įkrautas atomo centras, sudarytas iš protonų ir neutronų. Žodis „šerdis“ kilęs iš lotyniško branduolio, kuris yra žodžio, reiškiančio „riešutas“ arba „šerdis“, forma. Terminą 1844 m. sukūrė Michaelas Faradėjus, norėdamas apibūdinti atomo centrą. Mokslai, susiję su branduolio tyrimu, jo sudėties ir savybių tyrimu, vadinami branduoline fizika ir branduoline chemija.
Protonus ir neutronus laiko kartu stipri branduolinė jėga. Elektronus traukia branduolys, bet juda taip greitai, kad jų sukimasis vyksta tam tikru atstumu nuo atomo centro. Teigiamas branduolio krūvis kyla iš protonų, bet kas yra neutronas? Tai dalelė, kuri neturi elektros krūvio. Beveik visas atomo svoris yra branduolyje, nes protonai ir neutronai turi daug daugiau masės nei elektronai. Protonų skaičius atomo branduolyje lemia jo, kaip elemento, tapatybę. Neutronų skaičius rodo, kuris elemento izotopas yra atomas.
Atomo branduolio dydis
Branduolys yra daug mažesnis už bendrą atomo skersmenį, nes elektronai gali būti toliau nuo centro. Vandenilio atomas yra 145 000 kartų didesnis už jo branduolį, o urano atomas yra 23 000 kartų didesnis už jo centrą. Vandenilio branduolys yra mažiausias, nes susideda iš vieno protono.
Protonų ir neutronų išsidėstymas branduolyje
Protonai ir neutronai paprastai vaizduojami kaip supakuoti ir tolygiai paskirstyti sferose. Tačiau tai yra tikrosios struktūros supaprastinimas. Kiekvienas nukleonas (protonas arba neutronas) gali užimti tam tikrą energijos lygį ir vietų diapazoną. Nors branduolys gali būti sferinis, jis taip pat gali būti kriaušės, rutulio ar disko formos.
Protonų ir neutronų branduoliai yra barionai, susidedantys iš mažiausių, vadinamų kvarkais. Traukos jėgos diapazonas yra labai mažas, todėl protonai ir neutronai turi būti labai arti vienas kito, kad būtų surišti. Ši stipri trauka įveikia natūralų įkrautų protonų atstūmimą.
Protonas, neutronas ir elektronas
Galingas postūmis plėtoti tokį mokslą kaip branduolinė fizika buvo neutrono atradimas (1932). Už tai turėtų padėkoti anglų fizikas, kuris buvo Rutherfordo mokinys. Kas yra neutronas? Tai nestabili dalelė, kuri laisvoje būsenoje vos per 15 minučių gali suskaidyti į protoną, elektroną ir neutriną, vadinamąją bemasę neutralią dalelę.
Savo pavadinimą dalelė gavo dėl to, kad neturi elektros krūvio, yra neutrali. Neutronai yra labai tankūs. Izoliuotoje būsenoje vieno neutrono masė bus tik 1,67·10 - 27, o jei paimsite arbatinį šaukštelį, tankiai prikimštą neutronų, gautas medžiagos gabalas svers milijonus tonų.
Protonų skaičius elemento branduolyje vadinamas atominiu skaičiumi. Šis skaičius kiekvienam elementui suteikia unikalų tapatumą. Kai kurių elementų, pavyzdžiui, anglies, atomuose protonų skaičius branduoliuose visada yra vienodas, tačiau neutronų skaičius gali skirtis. Tam tikro elemento atomas, kurio branduolyje yra tam tikras neutronų skaičius, vadinamas izotopu.
Ar pavieniai neutronai yra pavojingi?
Kas yra neutronas? Tai dalelė, kuri kartu su protonu yra įtraukta į Tačiau kartais jos gali egzistuoti ir pačios. Kai neutronai yra už atomų branduolių ribų, jie įgyja potencialiai pavojingų savybių. Kai jie juda dideliu greičiu, jie sukuria mirtiną spinduliuotę. Žinomos dėl gebėjimo žudyti žmones ir gyvūnus, vadinamosios neutroninės bombos daro minimalų poveikį negyvoms fizinėms struktūroms.
Neutronai yra labai svarbi atomo dalis. Didelis šių dalelių tankis kartu su jų greičiu suteikia joms nepaprastą griaunančią galią ir energiją. Dėl to jie gali pakeisti ar net suplėšyti atsitrenkiančių atomų branduolius. Nors neutronas turi grynąjį neutralų elektros krūvį, jį sudaro įkrauti komponentai, kurie panaikina vienas kitą krūvio atžvilgiu.
Neutronas atome yra mažytė dalelė. Kaip ir protonai, jie yra per maži, kad juos būtų galima pamatyti net elektroniniu mikroskopu, tačiau jie yra, nes tik taip galima paaiškinti atomų elgesį. Neutronai yra labai svarbūs atomo stabilumui, tačiau už jo atomo centro jie negali egzistuoti ilgą laiką ir vidutiniškai suyra tik per 885 sekundes (apie 15 minučių).
Įkeliama...