Neitrons ir neitrāla daļiņa, kas pieder hadronu klasei. 1932. gadā atklāja angļu fiziķis Dž.Čadviks. Kopā ar protoniem neitroni ir daļa no atomu kodoliem. Neitrona elektriskais lādiņš ir nulle. To apstiprina tiešie lādiņa mērījumi no neitronu stara novirzes spēcīgos elektriskos laukos, kas to parādīja (šeit ir elementārais elektriskais lādiņš, t.i., elektronu lādiņa absolūtā vērtība). Netiešie dati sniedz aplēses. Neitronu spins ir 1/2. Kā hadrons ar pusvesela skaitļa griešanos tas pieder pie barionu grupas (skat. Protons). Katrā barionā ir antidaļiņa; Antineitronu atklāja 1956. gadā eksperimentos par antiprotonu izkliedi pa kodoliem. Antineutrons no neitrona atšķiras ar bariona lādiņa zīmi; neitronam, tāpat kā protonam, ir bariona lādiņš.
Tāpat kā protons un citi hadroni, arī neitrons nav īsta elementārdaļiņa: tas sastāv no viena m-kvarka ar elektrisko lādiņu un diviem kvarkiem ar lādiņu, kas ir savstarpēji savienoti ar gluona lauku (sk. Elementārās daļiņas, kvarki, spēcīga mijiedarbība ).
Neitroni ir stabili tikai stabilos atomu kodolos. Brīvais neitrons ir nestabila daļiņa, kas sadalās protonā, elektronā un elektronu antineitrīnā (skatīt Beta sabrukšanu):. Neitrona kalpošanas laiks ir s, t.i., apmēram 15 minūtes. Neitroni vielā brīvā formā eksistē vēl mazāk, pateicoties spēcīgai to kodolu absorbcijai. Tāpēc tie rodas dabā vai tiek iegūti laboratorijā tikai kodolreakciju rezultātā.
Atbilstoši dažādu kodolreakciju enerģijas bilancei nosaka neitrona un protona masu starpības vērtību: MeV. Salīdzinot to ar protona masu, iegūstam neitrona masu: MeV; tas atbilst r vai , kur ir elektrona masa.
Neitrons piedalās visa veida fundamentālās mijiedarbībās (skat. Dabas spēku vienotību). Spēcīga mijiedarbība saista neitronus un protonus atomu kodolos. Šeit jau ir aplūkots vājas mijiedarbības piemērs - neitronu beta sabrukšana. Vai šī neitrālā daļiņa piedalās elektromagnētiskajā mijiedarbībā? Neitronam ir iekšēja struktūra, un vispārējās neitralitātes gadījumā tajā ir elektriskās strāvas, kas jo īpaši izraisa magnētiskā momenta parādīšanos neitronā. Citiem vārdiem sakot, magnētiskajā laukā neitrons uzvedas kā kompasa adata.
Šis ir tikai viens tās elektromagnētiskās mijiedarbības piemērs.
Lielu interesi izpelnījās neitrona elektriskā dipola momenta meklēšana, kurai tika iegūta augšējā robeža: . Šeit PSRS Zinātņu akadēmijas Ļeņingradas Kodolfizikas institūta zinātniekiem izdevās veikt visefektīvākos eksperimentus. Neitronu dipola momenta meklēšana ir svarīga, lai izprastu invariances pārkāpuma mehānismus attiecībā uz laika maiņu mikroprocesos (sk. paritāti).
Neitronu gravitācijas mijiedarbība tika novērota tieši no to sastopamības Zemes gravitācijas laukā.
Tagad ir pieņemta nosacīta neitronu klasifikācija pēc to kinētiskās enerģijas: lēnie neitroni eV, tiem ir daudz šķirņu), ātrie neitroni (eV), augstas enerģijas eV). Ļoti interesantām īpašībām ir ļoti lēni neitroni (eV), ko sauc par īpaši aukstiem. Izrādījās, ka ultraaukstos neitronus var uzkrāt "magnētiskajos slazdos" un pat to spinus var orientēt tur noteiktā virzienā. Izmantojot īpašas konfigurācijas magnētiskos laukus, īpaši aukstie neitroni tiek izolēti no absorbējošām sienām un var "dzīvot" slazdā, līdz tie sabrūk. Tas ļauj veikt daudzus smalkus eksperimentus, lai izpētītu neitronu īpašības.
Vēl viena ļoti aukstu neitronu uzglabāšanas metode ir balstīta uz to viļņu īpašībām. Pie zemas enerģijas de Broglie viļņa garums (skat. Kvantu mehāniku) ir tik liels, ka neitroni atstarojas no matērijas kodoliem, tāpat kā gaisma atstarojas no spoguļa. Šādus neitronus var vienkārši uzglabāt slēgtā "bankā". Šo ideju 50. gadu beigās izvirzīja padomju fiziķis Ja. B. Zeļdovičs, un pirmie rezultāti tika iegūti Dubnā Apvienotajā kodolpētniecības institūtā gandrīz desmit gadus vēlāk. Nesen padomju zinātniekiem izdevās uzbūvēt kuģi, kurā ultraaukstie neitroni dzīvo līdz to dabiskajai sabrukšanai.
Brīvie neitroni spēj aktīvi mijiedarboties ar atomu kodoliem, izraisot kodolreakcijas. Lēnu neitronu mijiedarbības rezultātā ar vielu var novērot rezonanses efektus, difrakcijas izkliedi kristālos u.c.. Pateicoties šīm pazīmēm, neitronus plaši izmanto kodolfizikā un cietvielu fizikā. Tiem ir svarīga loma kodolenerģētikā, transurāna elementu un radioaktīvo izotopu ražošanā, un tiem ir praktisks pielietojums ķīmiskajā analīzē un ģeoloģiskajā izpētē.
Kas ir neitrons? Šāds jautājums visbiežāk rodas cilvēkiem, kuri nav saistīti ar kodolfiziku, jo ar neitronu tajā saprot elementārdaļiņu, kurai nav elektriskā lādiņa un kuras masa ir 1838,4 reizes lielāka par elektronisko. Kopā ar protonu, kura masa ir nedaudz mazāka par neitrona masu, tas ir atoma kodola "ķieģelis". Elementārdaļiņu fizikā neitronu un protonu uzskata par divām dažādām vienas daļiņas – nukleona formām.
Neitrons atrodas katra ķīmiskā elementa atomu kodolu sastāvā, vienīgais izņēmums ir ūdeņraža atoms, kura kodols ir viens protons. Kas ir neitrons, kāda tam ir struktūra? Lai gan to sauc par kodola elementāru "ķieģeli", tam joprojām ir sava iekšējā struktūra. Jo īpaši tas pieder pie barionu dzimtas un sastāv no trim kvarkiem, no kuriem divi ir dūnas tipa kvarki, bet viens ir augšup tipa kvarki. Visiem kvarkiem ir daļējs elektriskais lādiņš: augšējais ir pozitīvi uzlādēts (+2/3 no elektronu lādiņa), bet apakšējais ir negatīvi (-1/3 no elektronu lādiņa). Tāpēc neitronam nav elektriskā lādiņa, jo to vienkārši kompensē to veidojošie kvarki. Tomēr neitrona magnētiskais moments nav nulle.
Neitrona sastāvā, kura definīcija tika dota iepriekš, katrs kvarks ir savienots ar pārējiem ar gluona lauka palīdzību. Gluons ir daļiņa, kas ir atbildīga par kodolspēku veidošanos.
Papildus masai kilogramos un atomu masas vienībās kodolfizikā daļiņas masu apraksta arī GeV (gigaelektronvoltos). Tas kļuva iespējams pēc tam, kad Einšteins atklāja savu slaveno vienādojumu E=mc 2 , kas saista enerģiju ar masu. Kas ir neitrons GeV? Šī vērtība ir 0,0009396, kas ir nedaudz lielāka nekā protona vērtība (0,0009383).
Neitronu un atomu kodolu stabilitāte
Neitronu klātbūtne atomu kodolos ir ļoti svarīga to stabilitātei un pašas atoma struktūras un matērijas pastāvēšanas iespējamībai kopumā. Fakts ir tāds, ka protoniem, kas arī veido atoma kodolu, ir pozitīvs lādiņš. Un viņu pieeja tuviem attālumiem prasa milzīgas enerģijas patēriņu Kulona elektriskās atgrūšanas dēļ. Kodolspēki, kas iedarbojas starp neitroniem un protoniem, ir par 2-3 kārtām spēcīgāki nekā Kulona spēki. Tāpēc tie spēj noturēt pozitīvi lādētas daļiņas tuvākos attālumos. Kodolenerģijas mijiedarbība ir neliela diapazona un izpaužas tikai kodola lieluma ietvaros.
Neitronu formula tiek izmantota, lai atrastu to skaitu kodolā. Tas izskatās šādi: neitronu skaits = elementa atommasa - atomskaitlis periodiskajā tabulā.
Brīvs neitrons ir nestabila daļiņa. Tā vidējais kalpošanas laiks ir 15 minūtes, pēc tam tas sadalās trīs daļiņās:
- elektrons;
- protonu;
- antineitrīno.
Priekšnosacījumi neitrona atklāšanai
Neitrona teorētisko eksistenci fizikā tālajā 1920. gadā ierosināja Ernests Raterfords, kurš šādā veidā mēģināja izskaidrot, kāpēc atomu kodoli nesadalās protonu elektromagnētiskās atgrūšanas dēļ.
Vēl agrāk, 1909. gadā Vācijā, Bote un Bekers konstatēja, ka, ja gaismas elementus, piemēram, beriliju, boru vai litiju, apstaro ar augstas enerģijas alfa daļiņām no polonija, tad veidojas starojums, kas iziet cauri jebkura biezuma dažādu materiālu. Viņi uzskatīja, ka tas ir gamma starojums, taču nevienam šādam tajā laikā zināmam starojumam nebija tik lielas caurlaidības spējas. Bothe un Becker eksperimenti nav pareizi interpretēti.
Neitrona atklāšana
Neitrona esamību atklāja angļu fiziķis Džeimss Čadviks 1932. gadā. Viņš pētīja berilija radioaktīvo starojumu, veica virkni eksperimentu, iegūstot rezultātus, kas nesakrita ar fizikālo formulu prognozētajiem: radioaktīvā starojuma enerģija krietni pārsniedza teorētiskās vērtības, tika pārkāpts arī impulsa nezūdamības likums. Tāpēc bija jāpieņem viena no hipotēzēm:
- Vai arī kodolprocesos netiek saglabāts leņķiskais impulss.
- Vai arī radioaktīvais starojums sastāv no daļiņām.
Zinātnieks noraidīja pirmo pieņēmumu, jo tas ir pretrunā ar fiziskajiem pamatlikumiem, tāpēc viņš pieņēma otro hipotēzi. Čedviks parādīja, ka viņa eksperimentos starojumu veidoja daļiņas ar nulles lādiņu, kurām ir spēcīga caurlaidības spēja. Turklāt viņš varēja izmērīt šo daļiņu masu, konstatējot, ka tā ir nedaudz lielāka par protonu.
Lēni un ātri neitroni
Atkarībā no neitrona enerģijas to sauc par lēnu (apmēram 0,01 MeV) vai ātru (apmēram 1 MeV). Šāda klasifikācija ir svarīga, jo dažas tās īpašības ir atkarīgas no neitrona ātruma. Jo īpaši kodoli labi uztver ātros neitronus, izraisot to izotopu veidošanos un izraisot to skaldīšanu. Lēnus neitronus vāji uztver gandrīz visu materiālu kodoli, tāpēc tie var viegli iziet cauri bieziem vielas slāņiem.
Neitrona loma urāna kodola skaldīšanā
Ja jautājat sev, kas ir neitrons kodolenerģijā, mēs varam ar pārliecību teikt, ka tas ir līdzeklis urāna kodola dalīšanās procesa ierosināšanai, ko papildina lielas enerģijas izdalīšanās. Šī skaldīšanas reakcija rada arī dažāda ātruma neitronus. Savukārt radītie neitroni izraisa citu urāna kodolu sabrukšanu, un reakcija norit ķēdes veidā.
Ja urāna skaldīšanas reakcija ir nekontrolēta, tas izraisīs reakcijas tilpuma eksploziju. Šo efektu izmanto kodolbumbās. Urāna kontrolētā skaldīšanas reakcija ir enerģijas avots atomelektrostacijās.
Kas ir neitrons? Kāda ir tā struktūra, īpašības un funkcijas? Neitroni ir lielākās daļiņas, kas veido atomus, kas ir visu vielu celtniecības bloki.
Atoma struktūra
Neitroni atrodas kodolā - blīvā atoma apgabalā, kas arī ir piepildīts ar protoniem (pozitīvi lādētām daļiņām). Šos divus elementus satur kopā spēks, ko sauc par kodolu. Neitroniem ir neitrāls lādiņš. Protona pozitīvais lādiņš tiek saskaņots ar elektrona negatīvo lādiņu, lai izveidotu neitrālu atomu. Lai gan neitroni kodolā neietekmē atoma lādiņu, tiem piemīt daudzas īpašības, kas ietekmē atomu, tostarp radioaktivitātes līmenis.
Neitroni, izotopi un radioaktivitāte
Daļiņa, kas atrodas atoma kodolā – neitrons ir par 0,2% lielāks par protonu. Kopā tie veido 99,99% no viena un tā paša elementa kopējās masas, un tiem var būt atšķirīgs neitronu skaits. Kad zinātnieki atsaucas uz atomu masu, viņi domā vidējo atomu masu. Piemēram, ogleklim parasti ir 6 neitroni un 6 protoni ar atomu masu 12, bet dažreiz tas notiek ar atomu masu 13 (6 protoni un 7 neitroni). Pastāv arī ogleklis ar atomu skaitu 14, taču tas ir reti sastopams. Tātad oglekļa atomu masa ir vidēji 12,011.
Ja atomos ir atšķirīgs neitronu skaits, tos sauc par izotopiem. Zinātnieki ir atraduši veidus, kā šīs daļiņas pievienot kodolam, lai izveidotu lielus izotopus. Tagad neitronu pievienošana neietekmē atoma lādiņu, jo tiem nav lādiņa. Tomēr tie palielina atoma radioaktivitāti. Tas var radīt ļoti nestabilus atomus, kas var izlādēt augstu enerģijas līmeni.
Kas ir kodols?
Ķīmijā kodols ir pozitīvi lādēts atoma centrs, kas sastāv no protoniem un neitroniem. Vārds "kodols" cēlies no latīņu valodas kodola, kas ir vārda forma, kas nozīmē "rieksts" vai "kodols". Šo terminu 1844. gadā ieviesa Maikls Faradejs, lai aprakstītu atoma centru. Zinātnes, kas saistītas ar kodola izpēti, tā sastāva un īpašību izpēti, sauc par kodolfiziku un kodolķīmiju.
Protonus un neitronus satur kopā spēcīgais kodolspēks. Elektroni tiek piesaistīti kodolam, bet pārvietojas tik ātri, ka to rotācija notiek noteiktā attālumā no atoma centra. Pozitīvais kodola lādiņš nāk no protoniem, bet kas ir neitrons? Tā ir daļiņa, kurai nav elektriskā lādiņa. Gandrīz viss atoma svars atrodas kodolā, jo protoniem un neitroniem ir daudz lielāka masa nekā elektroniem. Protonu skaits atoma kodolā nosaka tā kā elementa identitāti. Neitronu skaits norāda, kurš elementa izotops ir atoms.
Atomu kodola izmērs
Kodols ir daudz mazāks par atoma kopējo diametru, jo elektroni var atrasties tālāk no centra. Ūdeņraža atoms ir 145 000 reižu lielāks par tā kodolu, un urāna atoms ir 23 000 reižu lielāks par tā centru. Ūdeņraža kodols ir mazākais, jo tas sastāv no viena protona.
Protonu un neitronu atrašanās vieta kodolā
Protonus un neitronus parasti attēlo kopā un vienmērīgi sadalītus pa sfērām. Tomēr tas ir faktiskās struktūras vienkāršojums. Katrs nuklons (protons vai neitrons) var aizņemt noteiktu enerģijas līmeni un vietu diapazonu. Lai gan kodols var būt sfērisks, tas var būt arī bumbierveida, lodveida vai diska formas.
Protonu un neitronu kodoli ir barioni, kas sastāv no mazākajiem, ko sauc par kvarkiem. Pievilcības spēkam ir ļoti mazs diapazons, tāpēc protoniem un neitroniem jābūt ļoti tuvu viens otram, lai tie būtu saistīti. Šī spēcīgā pievilcība pārvar lādētu protonu dabisko atgrūšanu.
Protons, neitrons un elektrons
Spēcīgs stimuls tādas zinātnes kā kodolfizikas attīstībai bija neitrona atklāšana (1932). Par to jāpateicas angļu fiziķim, kurš bija Raterforda students. Kas ir neitrons? Šī ir nestabila daļiņa, kas brīvā stāvoklī tikai 15 minūšu laikā spēj sadalīties protonā, elektronā un neitrīno, tā sauktajā bezmasas neitrālajā daļiņā.
Daļiņa savu nosaukumu ieguvusi tāpēc, ka tai nav elektriskā lādiņa, tā ir neitrāla. Neitroni ir ārkārtīgi blīvi. Izolētā stāvoklī viena neitrona masa būs tikai 1,67·10 - 27, un, ja paņemat tējkaroti, kas ir blīvi pildīta ar neitroniem, tad iegūtais vielas gabals svērs miljoniem tonnu.
Protonu skaitu elementa kodolā sauc par atomskaitli. Šis skaitlis katram elementam piešķir savu unikālo identitāti. Dažu elementu atomos, piemēram, oglekļa, protonu skaits kodolos vienmēr ir vienāds, bet neitronu skaits var atšķirties. Dotā elementa atomu ar noteiktu neitronu skaitu kodolā sauc par izotopu.
Vai atsevišķi neitroni ir bīstami?
Kas ir neitrons? Šī ir daļiņa, kas kopā ar protonu ir iekļauta Tomēr dažreiz tās var pastāvēt atsevišķi. Kad neitroni atrodas ārpus atomu kodoliem, tie iegūst potenciāli bīstamas īpašības. Kad tie pārvietojas lielā ātrumā, tie rada letālu starojumu. Tā sauktajām neitronu bumbām, kas pazīstamas ar spēju nogalināt cilvēkus un dzīvniekus, ir minimāla ietekme uz nedzīvām fiziskām struktūrām.
Neitroni ir ļoti svarīga atoma daļa. Šo daļiņu lielais blīvums apvienojumā ar to ātrumu dod tām neparastu iznīcinošu spēku un enerģiju. Rezultātā tie var izmainīt vai pat saplēst atomu kodolus, kas uzbrūk. Lai gan neitronam ir tīrais neitrāls elektriskais lādiņš, tas sastāv no uzlādētiem komponentiem, kas viens otru atceļ attiecībā uz lādiņu.
Neitrons atomā ir niecīga daļiņa. Tāpat kā protoni, tie ir pārāk mazi, lai tos redzētu pat ar elektronu mikroskopu, taču tie ir, jo tikai tā var izskaidrot atomu uzvedību. Neitroni ir ļoti svarīgi atoma stabilitātei, taču ārpus tā atoma centra tie nevar pastāvēt ilgu laiku un sadalās vidēji tikai 885 sekundēs (apmēram 15 minūtēs).
Notiek ielāde...