Nøytron er en nøytral partikkel som tilhører klassen hadroner. Oppdaget i 1932 av den engelske fysikeren J. Chadwick. Sammen med protoner er nøytroner en del av atomkjerner. Den elektriske ladningen til nøytronet er null. Dette bekreftes av direkte målinger av ladningen fra avbøyningen av nøytronstrålen i sterke elektriske felt, som viste det (her er den elementære elektriske ladningen, dvs. den absolutte verdien av elektronladningen). Indirekte data gir et estimat. Nøytronspinnet er 1/2. Som en hadron med et halvt heltallsspinn tilhører den gruppen baryoner (se proton). Hver baryon har en antipartikkel; Antinøytronet ble oppdaget i 1956 i eksperimenter på spredning av antiprotoner av kjerner. Antinøytronet skiller seg fra nøytronet i baryonladningens tegn; et nøytron, som et proton, har en baryonladning.
I likhet med protonet og andre hadroner er ikke nøytronet en ekte elementær partikkel: det består av en m-kvark med elektrisk ladning og to -kvarker med ladning - , sammenkoblet av et gluonfelt (se Elementærpartikler, Quarks, Sterke interaksjoner ).
Nøytroner er kun stabile i stabile atomkjerner. Et fritt nøytron er en ustabil partikkel som forfaller til et proton, et elektron og et elektron antinøytrino (se Beta-forfall): Levetiden til et nøytron er s, dvs. ca. 15 min. Nøytroner eksisterer i fri form i materie enda mindre på grunn av sterk absorpsjon av kjernene deres. Derfor oppstår de i naturen eller oppnås i laboratoriet bare som et resultat av kjernefysiske reaksjoner.
I henhold til energibalansen til forskjellige kjernereaksjoner bestemmes verdien av forskjellen mellom massene til et nøytron og et proton: MeV. Ved å sammenligne det med massen til protonet får vi massen til nøytronet: MeV; dette tilsvarer r, eller , hvor er massen til elektronet.
Nøytronet deltar i alle slags grunnleggende interaksjoner (se Unity of the Forces of Nature). Sterke interaksjoner binder nøytroner og protoner i atomkjerner. Et eksempel på en svak interaksjon - nøytronbeta-nedbrytning - er allerede vurdert her. Deltar denne nøytrale partikkelen i elektromagnetiske interaksjoner? Nøytronet har en indre struktur, og i tilfelle av generell nøytralitet er det elektriske strømmer i det, noe som spesielt fører til utseendet til et magnetisk moment i nøytronet. Med andre ord, i et magnetfelt oppfører et nøytron seg som en kompassnål.
Dette er bare ett eksempel på dens elektromagnetiske interaksjon.
Søket etter det elektriske dipolmomentet til nøytronet fikk stor interesse, for hvilken øvre grense ble oppnådd: . Her klarte forskerne ved Leningrad Institute of Nuclear Physics ved Academy of Sciences of the USSR å utføre de mest effektive eksperimentene. Søk etter dipolmomentet til nøytroner er viktig for å forstå mekanismene for brudd på invarians med hensyn til tidsreversering i mikroprosesser (se paritet).
Gravitasjonsinteraksjoner mellom nøytroner ble observert direkte fra deres forekomst i jordens gravitasjonsfelt.
Nå er en betinget klassifisering av nøytroner i henhold til deres kinetiske energi tatt i bruk: langsomme nøytroner eV, det er mange varianter av dem), raske nøytroner (eV), høyenergi eV). Veldig interessante egenskaper har veldig langsomme nøytroner (eV), kalt ultrakald. Det viste seg at ultrakalde nøytroner kan samles i "magnetiske feller", og til og med spinnene deres kan orienteres der i en bestemt retning. Ved å bruke magnetiske felt av en spesiell konfigurasjon isoleres ultrakalde nøytroner fra absorberende vegger og kan "leve" i en felle til de forfaller. Dette tillater mange subtile eksperimenter for å studere egenskapene til nøytroner.
En annen metode for å lagre ultrakalde nøytroner er basert på deres bølgeegenskaper. Ved lav energi er de Broglie-bølgelengden (se Kvantemekanikk) så stor at nøytroner reflekteres fra materiekjernene, akkurat som lys reflekteres fra et speil. Slike nøytroner kan ganske enkelt lagres i en lukket "bank". Denne ideen ble fremmet av den sovjetiske fysikeren Ya. B. Zel'dovich på slutten av 1950-tallet, og de første resultatene ble oppnådd i Dubna ved Joint Institute for Nuclear Research nesten et tiår senere. Nylig klarte sovjetiske forskere å bygge et fartøy der ultrakalde nøytroner lever til deres naturlige forfall.
Frie nøytroner er i stand til å aktivt samhandle med atomkjerner, og forårsake kjernereaksjoner. Som et resultat av samspillet mellom langsomme nøytroner med materie kan det observeres resonanseffekter, diffraksjonsspredning i krystaller etc. På grunn av disse egenskapene er nøytroner mye brukt i kjernefysikk og faststofffysikk. De spiller en viktig rolle i kjernekraftteknikk, i produksjonen av transuranelementer og radioaktive isotoper, og finner praktiske anvendelser innen kjemisk analyse og geologisk utforskning.
Hva er et nøytron? Dette spørsmålet oppstår oftest blant folk som ikke er involvert i kjernefysikk, fordi nøytronet i den forstås som en elementær partikkel som ikke har noen elektrisk ladning og har en masse som er 1838,4 ganger større enn den elektroniske. Sammen med protonet, hvis masse er litt mindre enn massen til nøytronet, er det "mursteinen" til atomkjernen. I elementær partikkelfysikk anses nøytronet og protonet for å være to forskjellige former for én partikkel - nukleonet.
Nøytronet er til stede i sammensetningen av atomkjernene for hvert kjemisk element, det eneste unntaket er hydrogenatomet, hvis kjerne er ett proton. Hva er et nøytron, hvilken struktur har det? Selv om det kalles den elementære "klossen" til kjernen, har den fortsatt sin egen interne struktur. Spesielt tilhører den familien baryoner og består av tre kvarker, hvorav to er ned-type kvarker, og en er opp-type. Alle kvarker har en elektrisk brøkladning: den øverste er positivt ladet (+2/3 av elektronladningen), og den nederste er negativt ladet (-1/3 av elektronladningen). Det er derfor nøytronet ikke har en elektrisk ladning, fordi det rett og slett kompenseres for av kvarkene som utgjør det. Nøytronets magnetiske moment er imidlertid ikke null.
I sammensetningen av nøytronet, hvis definisjon ble gitt ovenfor, er hver kvark koblet til de andre ved hjelp av et gluonfelt. Gluonet er partikkelen som er ansvarlig for dannelsen av kjernekrefter.
I tillegg til massen i kilogram og atommasseenheter, er massen til en partikkel i kjernefysikk også beskrevet i GeV (gigaelektronvolt). Dette ble mulig etter Einsteins oppdagelse av sin berømte ligning E=mc 2 , som relaterer energi til masse. Hva er et nøytron i GeV? Dette er en verdi på 0,0009396, som er litt større enn protonets (0,0009383).
Stabiliteten til nøytronet og atomkjernene
Tilstedeværelsen av nøytroner i atomkjerner er svært viktig for deres stabilitet og muligheten for eksistensen av selve atomstrukturen og materie generelt. Faktum er at protoner, som også utgjør atomkjernen, har en positiv ladning. Og deres tilnærming til nære avstander krever utgifter til enorme energier på grunn av Coulomb elektrisk frastøting. Kjernekreftene som virker mellom nøytroner og protoner er 2-3 størrelsesordener sterkere enn Coulomb-kreftene. Derfor er de i stand til å holde positivt ladede partikler på nær avstand. Kjernefysiske interaksjoner er kortdistanse og manifesterer seg bare innenfor størrelsen på kjernen.
Nøytronformelen brukes til å finne antallet i kjernen. Det ser slik ut: antall nøytroner = atommassen til grunnstoffet - atomnummeret i det periodiske systemet.
Et fritt nøytron er en ustabil partikkel. Dens gjennomsnittlige levetid er 15 minutter, hvoretter den forfaller til tre partikler:
- elektron;
- proton;
- antinøytrino.
Forutsetninger for oppdagelsen av nøytronet
Den teoretiske eksistensen av nøytronet i fysikk ble foreslått tilbake i 1920 av Ernest Rutherford, som prøvde å forklare på denne måten hvorfor atomkjerner ikke faller fra hverandre på grunn av den elektromagnetiske frastøtingen av protoner.
Enda tidligere, i 1909 i Tyskland, slo Bothe og Becker fast at hvis lette grunnstoffer, som beryllium, bor eller litium, blir bestrålt med høyenergiske alfapartikler fra polonium, dannes det stråling som passerer gjennom en hvilken som helst tykkelse av ulike materialer. De antok at det var gammastråling, men ingen slik stråling kjent på den tiden hadde så stor gjennomtrengningskraft. Eksperimentene til Bothe og Becker har ikke blitt riktig tolket.
Oppdagelse av nøytronet
Eksistensen av nøytronet ble oppdaget av den engelske fysikeren James Chadwick i 1932. Han studerte den radioaktive strålingen av beryllium, utførte en rekke eksperimenter, og oppnådde resultater som ikke falt sammen med de som ble forutsagt av fysiske formler: energien til radioaktiv stråling overskred langt teoretiske verdier, og loven om bevaring av momentum ble også brutt. Derfor var det nødvendig å akseptere en av hypotesene:
- Eller vinkelmoment er ikke bevart i kjernefysiske prosesser.
- Eller radioaktiv stråling består av partikler.
Forskeren avviste den første antagelsen, siden den er i strid med de grunnleggende fysiske lovene, så han godtok den andre hypotesen. Chadwick viste at strålingen i eksperimentene hans ble dannet av partikler med null ladning, som har en sterk penetrerende kraft. I tillegg var han i stand til å måle massen til disse partiklene, og fastslå at den er litt større enn et proton.
Langsomme og raske nøytroner
Avhengig av energien som et nøytron har, kalles det sakte (i størrelsesorden 0,01 MeV) eller raskt (i størrelsesorden 1 MeV). En slik klassifisering er viktig, siden noen av dens egenskaper avhenger av hastigheten til nøytronet. Spesielt er raske nøytroner godt fanget av kjerner, noe som fører til dannelsen av deres isotoper og forårsaker fisjon. Langsomme nøytroner fanges dårlig opp av kjernene til nesten alle materialer, slik at de lett kan passere gjennom tykke lag av materie.
Nøytronets rolle i fisjon av urankjernen
Hvis du spør deg selv hva et nøytron er i kjerneenergi, kan vi med sikkerhet si at dette er et middel til å indusere prosessen med fisjon av urankjernen, ledsaget av frigjøring av stor energi. Denne fisjonsreaksjonen produserer også nøytroner med forskjellige hastigheter. I sin tur induserer de genererte nøytronene nedbrytning av andre urankjerner, og reaksjonen fortsetter i en kjedemåte.
Hvis uranfissjonsreaksjonen er ukontrollert, vil dette føre til en eksplosjon av reaksjonsvolumet. Denne effekten brukes i atombomber. Den kontrollerte fisjonsreaksjonen til uran er energikilden i kjernekraftverk.
Hva er et nøytron? Hva er dens struktur, egenskaper og funksjoner? Nøytroner er de største av partiklene som utgjør atomene, som er byggesteinene i all materie.
Atomstruktur
Nøytroner er lokalisert i kjernen - et tett område av atomet, også fylt med protoner (positivt ladede partikler). Disse to elementene holdes sammen av en kraft som kalles kjernefysisk. Nøytroner har en nøytral ladning. Den positive ladningen til protonet matches med den negative ladningen til elektronet for å lage et nøytralt atom. Selv om nøytroner i kjernen ikke påvirker ladningen til et atom, har de mange egenskaper som påvirker et atom, inkludert nivået av radioaktivitet.
Nøytroner, isotoper og radioaktivitet
En partikkel som er i kjernen til et atom - et nøytron er 0,2 % større enn et proton. Sammen utgjør de 99,99 % av den totale massen til samme grunnstoff og kan ha et annet antall nøytroner. Når forskere refererer til atommasse, mener de gjennomsnittlig atommasse. For eksempel har karbon vanligvis 6 nøytroner og 6 protoner med en atommasse på 12, men noen ganger oppstår det med en atommasse på 13 (6 protoner og 7 nøytroner). Karbon med atomnummer 14 finnes også, men er sjelden. Så atommassen for karbon er i gjennomsnitt 12,011.
Når atomer har ulikt antall nøytroner, kalles de isotoper. Forskere har funnet måter å legge disse partiklene til kjernen for å lage store isotoper. Å legge til nøytroner påvirker ikke ladningen til atomet, siden de ikke har noen ladning. Imidlertid øker de radioaktiviteten til atomet. Dette kan resultere i svært ustabile atomer som kan slippe ut høye nivåer av energi.
Hva er en kjerne?
I kjemi er kjernen det positivt ladede senteret til et atom, som består av protoner og nøytroner. Ordet "kjerne" kommer fra den latinske kjernen, som er en form av ordet som betyr "nøtt" eller "kjerne". Begrepet ble laget i 1844 av Michael Faraday for å beskrive sentrum av et atom. Vitenskapene som er involvert i studiet av kjernen, studiet av dens sammensetning og egenskaper, kalles kjernefysikk og kjernekjemi.
Protoner og nøytroner holdes sammen av den sterke kjernekraften. Elektroner tiltrekkes av kjernen, men beveger seg så raskt at deres rotasjon utføres i en viss avstand fra atomets sentrum. Den positive kjerneladningen kommer fra protoner, men hva er et nøytron? Det er en partikkel som ikke har noen elektrisk ladning. Nesten all vekten til et atom er inneholdt i kjernen, siden protoner og nøytroner har mye mer masse enn elektroner. Antall protoner i en atomkjerne bestemmer dens identitet som et grunnstoff. Antall nøytroner indikerer hvilken isotop av et grunnstoff som er et atom.
Atomkjernens størrelse
Kjernen er mye mindre enn den totale diameteren til atomet fordi elektronene kan være lenger unna sentrum. Et hydrogenatom er 145 000 ganger større enn kjernen, og et uranatom er 23 000 ganger større enn sentrum. Hydrogenkjernen er den minste fordi den består av et enkelt proton.
Plassering av protoner og nøytroner i kjernen
Protonet og nøytronene er vanligvis avbildet som pakket sammen og jevnt fordelt over kuler. Dette er imidlertid en forenkling av selve strukturen. Hvert nukleon (proton eller nøytron) kan okkupere et visst energinivå og område av steder. Selv om kjernen kan være sfærisk, kan den også være pæreformet, kuleformet eller skiveformet.
Kjernene til protoner og nøytroner er baryoner, bestående av de minste, kalt kvarker. Tiltrekningskraften har svært kort rekkevidde, så protoner og nøytroner må være svært nær hverandre for å bli bundet. Denne sterke tiltrekningen overvinner den naturlige frastøtingen av ladede protoner.
Proton, nøytron og elektron
En kraftig drivkraft i utviklingen av en slik vitenskap som kjernefysikk var oppdagelsen av nøytronet (1932). Takk for dette burde være en engelsk fysiker som var elev av Rutherford. Hva er et nøytron? Dette er en ustabil partikkel, som i fri tilstand på bare 15 minutter er i stand til å forfalle til et proton, et elektron og et nøytrino, den såkalte masseløse nøytrale partikkelen.
Partikkelen har fått navnet sitt på grunn av at den ikke har noen elektrisk ladning, den er nøytral. Nøytroner er ekstremt tette. I en isolert tilstand vil ett nøytron ha en masse på bare 1,67·10 - 27, og hvis du tar en teskje tettpakket med nøytroner, vil det resulterende stoffet veie millioner av tonn.
Antall protoner i kjernen til et grunnstoff kalles atomnummer. Dette tallet gir hvert element sin egen unike identitet. I atomene til noen grunnstoffer, for eksempel karbon, er antallet protoner i kjernene alltid det samme, men antallet nøytroner kan variere. Et atom av et gitt grunnstoff med et visst antall nøytroner i kjernen kalles en isotop.
Er enkeltnøytroner farlige?
Hva er et nøytron? Dette er en partikkel som sammen med protonet er inkludert i Noen ganger kan de imidlertid eksistere alene. Når nøytroner er utenfor kjernen til atomer, får de potensielt farlige egenskaper. Når de beveger seg i høy hastighet, produserer de dødelig stråling. Kjent for sin evne til å drepe mennesker og dyr, har såkalte nøytronbomber minimal innvirkning på ikke-levende fysiske strukturer.
Nøytroner er en svært viktig del av et atom. Den høye tettheten til disse partiklene, kombinert med deres hastighet, gir dem ekstraordinær destruktiv kraft og energi. Som en konsekvens kan de endre eller til og med rive fra hverandre kjernene til atomer som rammer. Selv om nøytronet har en netto nøytral elektrisk ladning, består det av ladede komponenter som kansellerer hverandre med hensyn til ladning.
Nøytronet i et atom er en liten partikkel. Som protoner er de for små til å se selv med et elektronmikroskop, men de er der fordi det er den eneste måten å forklare oppførselen til atomer på. Nøytroner er svært viktige for stabiliteten til et atom, men utenfor dets atomsenter kan de ikke eksistere på lang tid og forfaller i gjennomsnitt på bare 885 sekunder (ca. 15 minutter).
Laster inn...