Neutron ialah zarah neutral yang tergolong dalam kelas hadron. Ditemui pada tahun 1932 oleh ahli fizik Inggeris J. Chadwick. Bersama-sama dengan proton, neutron adalah sebahagian daripada nukleus atom. Caj elektrik neutron adalah sifar. Ini disahkan oleh pengukuran langsung cas daripada pesongan rasuk neutron dalam medan elektrik yang kuat, yang menunjukkan bahawa (di sini adalah cas elektrik asas, iaitu, nilai mutlak cas elektron). Data tidak langsung memberikan anggaran. Putaran neutron ialah 1/2. Sebagai hadron dengan putaran separuh integer, ia tergolong dalam kumpulan baryon (lihat Proton). Setiap baryon mempunyai antizarah; Antineutron ditemui pada tahun 1956 dalam eksperimen mengenai penyerakan antiproton oleh nukleus. Antineutron berbeza daripada neutron dalam tanda caj baryon; neutron, seperti proton, mempunyai cas baryon.
Seperti proton dan hadron lain, neutron bukanlah zarah asas yang sebenar: ia terdiri daripada satu m-quark dengan cas elektrik dan dua -quark dengan cas - , yang disambungkan oleh medan gluon (lihat Zarah asas, Kuark, Interaksi kuat ).
Neutron hanya stabil dalam nukleus atom yang stabil. Neutron bebas ialah zarah tidak stabil yang mereput menjadi proton, elektron, dan antineutrino elektron (lihat pereputan Beta):. Jangka hayat neutron ialah s, iaitu, kira-kira 15 min. Neutron wujud dalam bentuk bebas dalam jirim walaupun kurang disebabkan oleh penyerapan kuat oleh nukleusnya. Oleh itu, ia timbul secara semula jadi atau diperolehi di makmal hanya sebagai hasil daripada tindak balas nuklear.
Mengikut keseimbangan tenaga pelbagai tindak balas nuklear, nilai perbezaan antara jisim neutron dan proton ditentukan: MeV. Dengan membandingkannya dengan jisim proton, kita memperoleh jisim neutron: MeV; ini sepadan dengan r, atau , di mana adalah jisim elektron.
Neutron mengambil bahagian dalam semua jenis interaksi asas (lihat Unity of the Forces of Nature). Interaksi yang kuat mengikat neutron dan proton dalam nukleus atom. Contoh interaksi yang lemah - pereputan beta neutron - telah pun dipertimbangkan di sini. Adakah zarah neutral ini mengambil bahagian dalam interaksi elektromagnet? Neutron mempunyai struktur dalaman, dan dalam hal neutraliti umum terdapat arus elektrik di dalamnya, yang membawa, khususnya, kepada penampilan momen magnet dalam neutron. Dalam erti kata lain, dalam medan magnet, neutron berkelakuan seperti jarum kompas.
Ini hanyalah satu contoh interaksi elektromagnetnya.
Pencarian momen dipol elektrik neutron memperoleh minat yang besar, yang mana had atasnya diperolehi: . Di sini para saintis Institut Fizik Nuklear Leningrad Akademi Sains USSR berjaya melakukan eksperimen yang paling berkesan. Pencarian untuk momen dipol neutron adalah penting untuk memahami mekanisme pelanggaran invarian berkenaan dengan pembalikan masa dalam mikroproses (lihat pariti).
Interaksi graviti neutron diperhatikan secara langsung daripada kejadiannya dalam medan graviti Bumi.
Kini klasifikasi bersyarat neutron mengikut tenaga kinetiknya telah diterima pakai: neutron perlahan eV, terdapat banyak jenisnya), neutron cepat (eV), eV bertenaga tinggi). Sifat yang sangat menarik mempunyai neutron (eV) yang sangat perlahan, dipanggil ultracold. Ternyata neutron ultrasejuk boleh terkumpul dalam "perangkap magnet" dan juga putaran mereka boleh diorientasikan ke arah tertentu. Menggunakan medan magnet konfigurasi khas, neutron ultrasejuk diasingkan daripada dinding penyerap dan boleh "hidup" dalam perangkap sehingga ia reput. Ini membolehkan banyak eksperimen halus untuk mengkaji sifat neutron.
Kaedah lain untuk menyimpan neutron ultrasejuk adalah berdasarkan sifat gelombangnya. Pada tenaga rendah, panjang gelombang de Broglie (lihat Mekanik Kuantum) adalah sangat besar sehingga neutron dipantulkan daripada nukleus jirim, sama seperti cahaya dipantulkan dari cermin. Neutron sedemikian hanya boleh disimpan dalam "bank" tertutup. Idea ini dikemukakan oleh ahli fizik Soviet Ya. B. Zel'dovich pada akhir 1950-an, dan keputusan pertama diperoleh di Dubna di Institut Bersama Penyelidikan Nuklear hampir sedekad kemudian. Baru-baru ini, saintis Soviet berjaya membina sebuah kapal di mana neutron ultrasejuk hidup sehingga pereputan semula jadinya.
Neutron bebas dapat berinteraksi secara aktif dengan nukleus atom, menyebabkan tindak balas nuklear. Hasil daripada interaksi neutron perlahan dengan jirim, kesan resonans, serakan pembelauan dalam hablur, dsb.. Disebabkan ciri-ciri ini, neutron digunakan secara meluas dalam fizik nuklear dan fizik keadaan pepejal. Mereka memainkan peranan penting dalam kejuruteraan tenaga nuklear, dalam pengeluaran unsur transuranium dan isotop radioaktif, dan mencari aplikasi praktikal dalam analisis kimia dan penerokaan geologi.
Apakah neutron? Soalan ini paling kerap timbul di kalangan orang yang tidak terlibat dalam fizik nuklear, kerana neutron di dalamnya difahami sebagai zarah asas yang tidak mempunyai cas elektrik dan mempunyai jisim yang 1838.4 kali lebih besar daripada yang elektronik. Bersama-sama dengan proton, yang jisimnya kurang sedikit daripada jisim neutron, ia adalah "bata" nukleus atom. Dalam fizik zarah asas, neutron dan proton dianggap sebagai dua bentuk berbeza bagi satu zarah - nukleon.
Neutron hadir dalam komposisi nukleus atom untuk setiap unsur kimia, satu-satunya pengecualian ialah atom hidrogen, nukleusnya adalah satu proton. Apakah neutron, apakah struktur yang ada padanya? Walaupun ia dipanggil "bata" asas inti, ia masih mempunyai struktur dalamannya sendiri. Khususnya, ia tergolong dalam keluarga baryon dan terdiri daripada tiga quark, dua daripadanya adalah quark jenis bawah, dan satu adalah jenis atas. Semua quark mempunyai cas elektrik pecahan: yang atas bercas positif (+2/3 daripada cas elektron), dan yang bawah bercas negatif (-1/3 daripada cas elektron). Itulah sebabnya neutron tidak mempunyai cas elektrik, kerana ia hanya dikompensasikan oleh quark yang membentuknya. Walau bagaimanapun, momen magnet neutron bukanlah sifar.
Dalam komposisi neutron, definisi yang diberikan di atas, setiap quark disambungkan kepada yang lain dengan bantuan medan gluon. Gluon adalah zarah yang bertanggungjawab untuk pembentukan daya nuklear.
Sebagai tambahan kepada jisim dalam kilogram dan unit jisim atom, dalam fizik nuklear, jisim zarah juga diterangkan dalam GeV (gigaelectronvolts). Ini menjadi mungkin selepas penemuan Einstein tentang persamaan terkenalnya E=mc 2 , yang mengaitkan tenaga dengan jisim. Apakah neutron dalam GeV? Ini adalah nilai 0.0009396, yang lebih besar sedikit daripada proton (0.0009383).
Kestabilan neutron dan nukleus atom
Kehadiran neutron dalam nukleus atom adalah sangat penting untuk kestabilan mereka dan kemungkinan kewujudan struktur atom itu sendiri dan jirim secara umum. Hakikatnya ialah proton, yang juga membentuk nukleus atom, mempunyai cas positif. Dan pendekatan mereka untuk jarak dekat memerlukan perbelanjaan tenaga yang besar akibat tolakan elektrik Coulomb. Daya nuklear yang bertindak antara neutron dan proton adalah 2-3 urutan magnitud lebih kuat daripada yang Coulomb. Oleh itu, mereka dapat mengekalkan zarah bercas positif pada jarak yang dekat. Interaksi nuklear adalah jarak pendek dan nyata hanya dalam saiz nukleus.
Formula neutron digunakan untuk mencari nombor mereka dalam nukleus. Ia kelihatan seperti ini: bilangan neutron = jisim atom unsur - nombor atom dalam jadual berkala.
Neutron bebas ialah zarah yang tidak stabil. Purata hayatnya ialah 15 minit, selepas itu ia mereput kepada tiga zarah:
- elektron;
- proton;
- antineutrino.
Prasyarat untuk penemuan neutron
Kewujudan teori neutron dalam fizik telah dicadangkan pada tahun 1920 oleh Ernest Rutherford, yang cuba menjelaskan dengan cara ini mengapa nukleus atom tidak hancur kerana tolakan elektromagnet proton.
Malah lebih awal lagi, pada tahun 1909 di Jerman, Bothe dan Becker menetapkan bahawa jika unsur cahaya, seperti berilium, boron atau litium, disinari dengan zarah alfa tenaga tinggi daripada polonium, maka sinaran terbentuk yang melalui mana-mana ketebalan pelbagai bahan. Mereka menganggap bahawa ia adalah sinaran gamma, tetapi tiada sinaran sedemikian yang diketahui pada masa itu mempunyai kuasa penembusan yang begitu hebat. Eksperimen Bothe dan Becker tidak ditafsirkan dengan betul.
Penemuan neutron
Kewujudan neutron ditemui oleh ahli fizik Inggeris James Chadwick pada tahun 1932. Dia mengkaji sinaran radioaktif berilium, menjalankan satu siri eksperimen, memperoleh hasil yang tidak bertepatan dengan yang diramalkan oleh formula fizikal: tenaga sinaran radioaktif jauh melebihi nilai teori, dan undang-undang pemuliharaan momentum juga dilanggar. Oleh itu, adalah perlu untuk menerima salah satu hipotesis:
- Atau momentum sudut tidak dipelihara dalam proses nuklear.
- Atau sinaran radioaktif terdiri daripada zarah.
Ahli sains menolak andaian pertama, kerana ia bercanggah dengan undang-undang asas fizikal, jadi dia menerima hipotesis kedua. Chadwick menunjukkan bahawa sinaran dalam eksperimennya dibentuk oleh zarah dengan cas sifar, yang mempunyai kuasa penembusan yang kuat. Di samping itu, dia dapat mengukur jisim zarah ini, membuktikan bahawa ia lebih besar sedikit daripada proton.
Neutron perlahan dan cepat
Bergantung pada tenaga yang ada pada neutron, ia dipanggil perlahan (daripada urutan 0.01 MeV) atau cepat (daripada urutan 1 MeV). Pengelasan sedemikian adalah penting, kerana beberapa sifatnya bergantung pada kelajuan neutron. Khususnya, neutron pantas ditangkap dengan baik oleh nukleus, yang membawa kepada pembentukan isotop mereka, dan menyebabkan pembelahannya. Neutron yang perlahan kurang ditangkap oleh nukleus hampir semua bahan, jadi mereka boleh dengan mudah melalui lapisan jirim yang tebal.
Peranan neutron dalam pembelahan nukleus uranium
Jika anda bertanya kepada diri sendiri apakah neutron dalam tenaga nuklear, maka kita boleh katakan dengan yakin bahawa ini adalah cara untuk mendorong proses pembelahan nukleus uranium, disertai dengan pembebasan tenaga besar. Tindak balas pembelahan ini juga menghasilkan neutron pelbagai kelajuan. Sebaliknya, neutron yang dihasilkan mendorong pereputan nukleus uranium lain, dan tindak balas diteruskan secara berantai.
Jika tindak balas pembelahan uranium tidak terkawal, maka ini akan membawa kepada letupan isipadu tindak balas. Kesan ini digunakan dalam bom nuklear. Tindak balas pembelahan terkawal uranium adalah sumber tenaga dalam loji kuasa nuklear.
Apakah neutron? Apakah struktur, sifat dan fungsinya? Neutron adalah zarah terbesar yang membentuk atom, yang merupakan blok bangunan semua jirim.
Struktur atom
Neutron terletak di dalam nukleus - kawasan padat atom, juga diisi dengan proton (zarah bercas positif). Kedua-dua unsur ini disatukan oleh satu kuasa yang dipanggil nuklear. Neutron mempunyai cas neutral. Caj positif proton dipadankan dengan cas negatif elektron untuk mencipta atom neutral. Walaupun neutron dalam nukleus tidak menjejaskan cas atom, ia mempunyai banyak sifat yang mempengaruhi atom, termasuk tahap radioaktiviti.
Neutron, isotop dan radioaktiviti
Zarah yang berada dalam nukleus atom - neutron adalah 0.2% lebih besar daripada proton. Bersama-sama mereka membentuk 99.99% daripada jumlah jisim unsur yang sama dan boleh mempunyai bilangan neutron yang berbeza. Apabila saintis merujuk kepada jisim atom, mereka bermaksud jisim atom purata. Sebagai contoh, karbon biasanya mempunyai 6 neutron dan 6 proton dengan jisim atom 12, tetapi kadangkala ia berlaku dengan jisim atom 13 (6 proton dan 7 neutron). Karbon dengan nombor atom 14 juga wujud, tetapi jarang berlaku. Jadi jisim atom untuk karbon purata kepada 12.011.
Apabila atom mempunyai bilangan neutron yang berbeza, ia dipanggil isotop. Para saintis telah menemui cara untuk menambah zarah ini ke nukleus untuk mencipta isotop besar. Sekarang menambah neutron tidak menjejaskan cas atom, kerana ia tidak mempunyai cas. Walau bagaimanapun, mereka meningkatkan radioaktiviti atom. Ini boleh mengakibatkan atom yang sangat tidak stabil yang boleh mengeluarkan tenaga yang tinggi.
Apakah teras?
Dalam kimia, nukleus ialah pusat atom yang bercas positif, yang terdiri daripada proton dan neutron. Perkataan "inti" berasal daripada nukleus Latin, yang merupakan bentuk perkataan yang bermaksud "kacang" atau "inti". Istilah ini dicipta pada tahun 1844 oleh Michael Faraday untuk menggambarkan pusat atom. Sains yang terlibat dalam kajian nukleus, kajian komposisi dan ciri-cirinya, dipanggil fizik nuklear dan kimia nuklear.
Proton dan neutron disatukan oleh daya nuklear yang kuat. Elektron tertarik kepada nukleus, tetapi bergerak dengan pantas sehingga putarannya dilakukan pada jarak tertentu dari pusat atom. Caj nuklear positif berasal dari proton, tetapi apakah itu neutron? Ia adalah zarah yang tidak mempunyai cas elektrik. Hampir semua berat atom terkandung dalam nukleus, kerana proton dan neutron mempunyai jisim yang jauh lebih banyak daripada elektron. Bilangan proton dalam nukleus atom menentukan identitinya sebagai unsur. Bilangan neutron menunjukkan isotop unsur mana yang merupakan atom.
Saiz nukleus atom
Nukleus jauh lebih kecil daripada diameter keseluruhan atom kerana elektron boleh berada lebih jauh dari pusat. Atom hidrogen adalah 145,000 kali lebih besar daripada nukleusnya, dan atom uranium adalah 23,000 kali lebih besar daripada pusatnya. Nukleus hidrogen adalah yang terkecil kerana ia terdiri daripada satu proton.
Lokasi proton dan neutron dalam nukleus
Proton dan neutron biasanya digambarkan sebagai dibungkus bersama dan diedarkan secara seragam ke atas sfera. Walau bagaimanapun, ini adalah penyederhanaan struktur sebenar. Setiap nukleon (proton atau neutron) boleh menduduki tahap tenaga dan julat lokasi tertentu. Walaupun nukleus mungkin sfera, ia juga mungkin berbentuk pir, globular atau berbentuk cakera.
Nukleus proton dan neutron ialah baryon, terdiri daripada yang terkecil, dipanggil quark. Daya tarikan mempunyai julat yang sangat pendek, jadi proton dan neutron mestilah sangat dekat antara satu sama lain untuk terikat. Daya tarikan kuat ini mengatasi penolakan semula jadi proton bercas.
Proton, neutron dan elektron
Dorongan yang kuat dalam pembangunan sains seperti fizik nuklear ialah penemuan neutron (1932). Terima kasih kerana ini sepatutnya seorang ahli fizik Inggeris yang merupakan pelajar Rutherford. Apakah neutron? Ini adalah zarah yang tidak stabil, yang dalam keadaan bebas hanya dalam 15 minit mampu mereput menjadi proton, elektron dan neutrino, zarah neutral tanpa jisim yang dipanggil.
Zarah itu mendapat namanya kerana fakta bahawa ia tidak mempunyai cas elektrik, ia adalah neutral. Neutron sangat tumpat. Dalam keadaan terpencil, satu neutron akan mempunyai jisim hanya 1.67ยท10 - 27, dan jika anda mengambil satu sudu teh padat dengan neutron, maka sekeping jirim yang terhasil akan mempunyai berat berjuta-juta tan.
Bilangan proton dalam nukleus unsur dipanggil nombor atom. Nombor ini memberikan setiap elemen identiti uniknya sendiri. Dalam atom beberapa unsur, seperti karbon, bilangan proton dalam nukleus sentiasa sama, tetapi bilangan neutron mungkin berbeza-beza. Atom bagi unsur tertentu dengan bilangan neutron tertentu dalam nukleus dipanggil isotop.
Adakah neutron tunggal berbahaya?
Apakah neutron? Ini adalah zarah yang, bersama-sama dengan proton, termasuk dalam Walau bagaimanapun, kadangkala ia boleh wujud dengan sendirinya. Apabila neutron berada di luar nukleus atom, mereka memperoleh sifat yang berpotensi berbahaya. Apabila mereka bergerak pada kelajuan tinggi, mereka menghasilkan sinaran maut. Dikenali dengan keupayaan mereka untuk membunuh manusia dan haiwan, bom neutron yang dipanggil mempunyai kesan yang minimum pada struktur fizikal bukan hidup.
Neutron adalah bahagian yang sangat penting dalam atom. Ketumpatan tinggi zarah ini, digabungkan dengan kelajuannya, memberikan mereka kuasa dan tenaga pemusnah yang luar biasa. Akibatnya, mereka boleh mengubah atau merobek nukleus atom yang menyerang. Walaupun neutron mempunyai cas elektrik neutral bersih, ia terdiri daripada komponen bercas yang membatalkan satu sama lain berkenaan dengan cas.
Neutron dalam atom ialah zarah kecil. Seperti proton, ia terlalu kecil untuk dilihat walaupun dengan mikroskop elektron, tetapi ia ada di sana kerana itu adalah satu-satunya cara untuk menerangkan tingkah laku atom. Neutron sangat penting untuk kestabilan atom, tetapi di luar pusat atomnya ia tidak boleh wujud untuk jangka masa yang lama dan secara purata mereput hanya dalam 885 saat (kira-kira 15 minit).
Memuatkan...