Nötron, hadron sınıfına ait nötr bir parçacıktır. 1932'de İngiliz fizikçi J. Chadwick tarafından keşfedildi. Nötronlar protonlarla birlikte atom çekirdeğinin bir parçasıdır. Bir nötronun elektrik yükü sıfırdır. Bu, güçlü elektrik alanlarında bir nötron ışınının saptırılmasıyla yükün doğrudan ölçümüyle doğrulanır ve bu şunu gösterir (burada temel elektrik yükü, yani elektron yükünün mutlak değeri). Dolaylı veriler bir tahmin sağlar. Nötronun dönüşü 1/2'dir. Yarı tamsayı spinli bir hadron olarak baryonlar grubuna aittir (bkz. Proton). Her baryonun bir antiparçacığı vardır; Antinötron, 1956 yılında antiprotonların çekirdekler tarafından saçılması üzerine yapılan deneylerde keşfedildi. Bir antinötron, baryon yükünün işareti bakımından bir nötrondan farklıdır; Nötron da proton gibi baryon yüküne sahiptir.
Proton ve diğer hadronlar gibi nötron da gerçek bir temel parçacık değildir: gluon alanıyla birbirine bağlanan, elektrik yüklü bir m-kuark ve yüklü iki kuarktan oluşur (bkz. Temel Parçacıklar, Kuarklar, Güçlü etkileşimler). ).
Nötronlar yalnızca kararlı atom çekirdeklerinde kararlıdır. Serbest bir nötron, bir protona, bir elektrona ve bir elektron antinötrinosuna bozunan kararsız bir parçacıktır (bkz. Beta bozunması): . Nötron ömrü s, yani yaklaşık 15 dakikadır. Maddede nötronlar, çekirdekler tarafından güçlü bir şekilde emilmeleri nedeniyle serbest formda daha da az bulunur. Bu nedenle doğada bulunurlar veya laboratuvarda ancak nükleer reaksiyonlar sonucu üretilirler.
Çeşitli nükleer reaksiyonların enerji dengesine dayanarak, bir nötron ile bir protonun kütleleri arasındaki fark belirlendi: MeV. Bunu protonun kütlesiyle karşılaştırarak nötronun kütlesini elde ederiz: MeV; bu g'ye karşılık gelir veya elektronun kütlesi nerede.
Nötron her türlü temel etkileşime katılır (bkz. Doğa güçlerinin birliği). Güçlü etkileşimler atom çekirdeğindeki nötronları ve protonları bağlar. Zayıf etkileşimin bir örneği - nötron beta bozunması - burada zaten ele alınmıştır. Bu nötr parçacık elektromanyetik etkileşimlere katılıyor mu? Nötron bir iç yapıya sahiptir ve genel nötrlükle birlikte, içinde özellikle nötronda manyetik bir momentin ortaya çıkmasına yol açan elektrik akımları vardır. Başka bir deyişle, manyetik alanda nötron pusula iğnesi gibi davranır.
Bu onun elektromanyetik etkileşiminin sadece bir örneğidir.
Nötronun elektrik dipol momentinin araştırılması büyük ilgi gördü ve bunun için bir üst sınır elde edildi: . Burada en etkili deneyler SSCB Bilimler Akademisi Leningrad Nükleer Fizik Enstitüsü'nden bilim adamları tarafından gerçekleştirildi. Nötron dipol momentinin araştırılması, mikro işlemlerde zamanın tersine çevrilmesi altında değişmezliğin ihlaline ilişkin mekanizmaların anlaşılması açısından önemlidir (bkz. Eşlik).
Nötronların yerçekimsel etkileşimleri doğrudan Dünya'nın yerçekimsel alanındaki oluşumlarından gözlemlendi.
Artık nötronların kinetik enerjilerine göre geleneksel bir sınıflandırması benimsenmiştir: yavaş nötronlar (eV, bunların birçok çeşidi vardır), hızlı nötronlar (eV), yüksek enerjili nötronlar (eV). Ultra soğuk nötronlar olarak adlandırılan çok yavaş nötronların (eV) çok ilginç özellikleri vardır. Ultra soğuk nötronların "manyetik tuzaklarda" birikebileceği ve dönüşlerinin burada belirli bir yöne yönlendirilebileceği ortaya çıktı. Özel bir konfigürasyonun manyetik alanları kullanılarak, ultra soğuk nötronlar emici duvarlardan izole edilir ve bozunana kadar tuzakta "yaşayabilir". Bu, nötronların özelliklerini incelemek için birçok incelikli deneyin yapılmasına olanak tanır.
Ultra soğuk nötronları depolamanın bir başka yöntemi, onların dalga özelliklerine dayanmaktadır. Düşük enerjide, de Broglie dalga boyu (bkz. Kuantum Mekaniği) o kadar uzundur ki, tıpkı ışığın aynadan yansıdığı gibi nötronlar da maddenin çekirdeğinden yansır. Bu tür nötronlar basitçe kapalı bir "kavanozda" saklanabilir. Bu fikir 1950'lerin sonlarında Sovyet fizikçi Ya.B. Zeldovich tarafından öne sürüldü ve ilk sonuçlar neredeyse on yıl sonra Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nde elde edildi. Son zamanlarda Sovyet bilim adamları, ultra soğuk nötronların doğal bozunmalarına kadar yaşadığı bir gemi inşa etmeyi başardılar.
Serbest nötronlar atom çekirdekleriyle aktif olarak etkileşime girerek nükleer reaksiyonlara neden olabilir. Yavaş nötronların madde ile etkileşimi sonucunda rezonans etkileri, kristallerde kırınım saçılması vb. gözlemlenebilir. Bu özelliklerinden dolayı nötronlar nükleer fizikte ve katı hal fiziğinde yaygın olarak kullanılır. Nükleer enerjide, uranyum ötesi elementlerin ve radyoaktif izotopların üretiminde önemli bir rol oynarlar ve kimyasal analiz ve jeolojik keşiflerde pratik uygulama bulurlar.
Nötron nedir? Bu soru çoğunlukla nükleer fizikle ilgisi olmayan insanlar arasında ortaya çıkar, çünkü nükleer fizikte bir nötron, elektrik yükü olmayan ve bir elektronunkinden 1838,4 kat daha büyük bir kütleye sahip olan temel bir parçacık olarak anlaşılır. Kütlesi nötronun kütlesinden biraz daha az olan protonla birlikte atom çekirdeğinin “yapı taşı”dır. Parçacık fiziğinde nötron ve proton aynı parçacığın, yani nükleonun iki farklı formu olarak kabul edilir.
Nötron, çekirdeği bir proton olan hidrojen atomu hariç, her kimyasal elementin atom çekirdeğinde bulunur. Nötron nedir, nasıl bir yapıya sahiptir? Çekirdeğin temel “yapı taşı” olarak adlandırılsa da yine de kendi iç yapısına sahiptir. Özellikle baryon ailesine aittir ve ikisi aşağı, biri yukarı kuark olmak üzere üç kuarktan oluşur. Tüm kuarkların kesirli bir elektrik yükü vardır: üstteki pozitif yüklüdür (elektron yükünün +2/3'ü), alttaki ise negatif yüklüdür (elektron yükünün -1/3'ü). Nötronun elektrik yükü olmamasının nedeni budur, çünkü onu oluşturan kuarklar tarafından basitçe telafi edilir. Ancak nötronun manyetik momenti sıfır değildir.
Yukarıda tanımı verilen nötronun bileşiminde her kuark, bir gluon alanı aracılığıyla diğerlerine bağlıdır. Gluon, nükleer kuvvetlerin oluşumundan sorumlu parçacıktır.
Nükleer fizikte, kilogram cinsinden kütle ve atomik kütle birimlerinin yanı sıra, bir parçacığın kütlesi de GeV (gigaelektronvolt) cinsinden tanımlanır. Bu, Einstein'ın enerjiyi kütleyle ilişkilendiren ünlü E=mc 2 denklemini keşfetmesiyle mümkün oldu. GeV'de nötron nedir? Bu değer 0,0009396'dır ve protonunkinden (0,0009383) biraz daha büyüktür.
Nötron ve atom çekirdeğinin kararlılığı
Nötronların atom çekirdeğindeki varlığı, stabiliteleri ve atom yapısının kendisinin ve bir bütün olarak maddenin var olma olasılığı açısından çok önemlidir. Gerçek şu ki, atom çekirdeğini de oluşturan protonlar pozitif yüke sahiptir. Ve bunları yakın mesafelerde bir araya getirmek, Coulomb elektrik itmesinden dolayı çok büyük bir enerji harcamayı gerektiriyor. Nötronlar ve protonlar arasında etki eden nükleer kuvvetler, Coulomb kuvvetlerinden 2-3 kat daha güçlüdür. Bu nedenle pozitif yüklü parçacıkları yakın mesafelerde tutabilirler. Nükleer etkileşimler kısa menzillidir ve kendilerini yalnızca çekirdeğin boyutunda gösterirler.
Nötron formülü çekirdekteki sayılarını bulmak için kullanılır. Şuna benzer: nötron sayısı = elementin atom kütlesi - periyodik tablodaki atom numarası.
Serbest bir nötron kararsız bir parçacıktır. Ortalama ömrü 15 dakikadır ve sonrasında üç parçacığa bozunur:
- elektron;
- proton;
- antinötrino.
Nötronun keşfi için önkoşullar
Nötronun fizikteki teorik varlığı, 1920'de Ernest Rutherford tarafından önerildi ve böylece protonların elektromanyetik itmesi nedeniyle atom çekirdeklerinin neden parçalanmadığını açıklamaya çalıştı.
Daha önce, 1909'da Almanya'da Bothe ve Becker, berilyum, bor veya lityum gibi hafif elementlerin polonyumdan gelen yüksek enerjili alfa parçacıklarıyla ışınlanması durumunda, çeşitli malzemelerin herhangi bir kalınlığından geçen radyasyonun oluştuğunu tespit etti. Bunun gama radyasyonu olduğunu varsaydılar, ancak o zamanlar bilinen hiçbir radyasyonun bu kadar büyük bir nüfuz etme gücü yoktu. Bothe ve Becker'in deneyleri gerektiği gibi yorumlanmadı.
Nötronun keşfi
Nötronun varlığı 1932 yılında İngiliz fizikçi James Chadwick tarafından keşfedildi. Berilyumun radyoaktif radyasyonunu inceledi, bir dizi deney yaptı ve fiziksel formüllerin öngördüğü sonuçlarla örtüşmeyen sonuçlar elde etti: radyoaktif radyasyonun enerjisi teorik değerleri çok aştı ve momentumun korunumu yasası da ihlal edildi. Bu nedenle hipotezlerden birini kabul etmek gerekiyordu:
- Veya nükleer süreçlerde açısal momentum korunmaz.
- Veya radyoaktif radyasyon parçacıklardan oluşur.
Bilim adamı, temel fizik yasalarıyla çeliştiği için ilk varsayımı reddetti ve ikinci hipotezi kabul etti. Chadwick, deneylerinde radyasyonun güçlü nüfuz gücüne sahip sıfır yüklü parçacıklardan oluştuğunu gösterdi. Ayrıca bu parçacıkların kütlesini de ölçebildi ve bunların protonunkinden biraz daha büyük olduğunu tespit etti.
Yavaş ve hızlı nötronlar
Bir nötronun sahip olduğu enerjiye bağlı olarak yavaş (yaklaşık 0,01 MeV) veya hızlı (yaklaşık 1 MeV) olarak adlandırılır. Bu sınıflandırma önemlidir çünkü bazı özellikleri nötronun hızına bağlıdır. Özellikle hızlı nötronlar çekirdekler tarafından iyi yakalanır, izotoplarının oluşumuna ve fisyonlarına yol açar. Yavaş nötronlar hemen hemen tüm malzemelerin çekirdekleri tarafından zayıf bir şekilde yakalanırlar, bu nedenle kalın madde katmanlarından engellenmeden geçebilirler.
Uranyum çekirdeğinin bölünmesinde nötronun rolü
Kendinize nükleer enerjide bir nötronun ne olduğunu sorarsanız, bunun büyük enerjinin salınmasıyla birlikte uranyum çekirdeğinin fisyon sürecini tetiklemenin bir yolu olduğunu güvenle söyleyebiliriz. Bu fisyon reaksiyonu sırasında değişen hızlarda nötronlar da üretilir. Oluşan nötronlar ise diğer uranyum çekirdeklerinin bozunmasına neden olur ve reaksiyon zincirleme şekilde ilerler.
Uranyum fisyon reaksiyonu kontrolsüz ise reaksiyon hacminin patlamasına yol açacaktır. Bu etki nükleer bombalarda kullanılır. Uranyumun kontrollü fisyon reaksiyonu nükleer santrallerde enerji kaynağıdır.
Nötron nedir? Yapısı, özellikleri ve görevleri nelerdir? Nötronlar, tüm maddelerin yapı taşları olan atomları oluşturan parçacıkların en büyüğüdür.
Atomik yapı
Nötronlar, atomun yoğun bir bölgesi olan ve aynı zamanda protonlarla (pozitif yüklü parçacıklar) dolu olan çekirdekte bulunur. Bu iki element nükleer adı verilen bir kuvvet tarafından bir arada tutulur. Nötronların nötr yükü vardır. Nötr bir atom oluşturmak için protonun pozitif yükü elektronun negatif yüküyle eşleştirilir. Çekirdekteki nötronlar atomun yükünü etkilemese de radyoaktivite düzeyi de dahil olmak üzere atomu etkileyen birçok özelliğe sahiptir.
Nötronlar, izotoplar ve radyoaktivite
Atomun çekirdeğinde yer alan parçacık, protondan %0,2 daha büyük olan bir nötrondur. Birlikte aynı elementin toplam kütlesinin %99,99'unu oluştururlar ve farklı sayıda nötronlara sahip olabilirler. Bilim adamları atom kütlesinden bahsettiklerinde ortalama atom kütlesini kastediyorlar. Örneğin karbonun tipik olarak 6 nötronu ve 6 protonu vardır ve atom kütlesi 12'dir, ancak bazen atom kütlesi 13'tür (6 proton ve 7 nötron). Atom numarası 14 olan karbon da mevcuttur, ancak nadirdir. Yani karbonun atom kütlesinin ortalaması 12.011'dir.
Atomların nötron sayıları farklı olduğunda bunlara izotop denir. Bilim insanları daha büyük izotoplar oluşturmak için bu parçacıkları çekirdeğe eklemenin yollarını buldular. Artık nötronların eklenmesi atomun yükünü etkilemez çünkü yükleri yoktur. Ancak atomun radyoaktivitesini arttırırlar. Bu, yüksek düzeyde enerji boşaltabilen çok kararsız atomların ortaya çıkmasına neden olabilir.
Çekirdek nedir?
Kimyada çekirdek, proton ve nötronlardan oluşan bir atomun pozitif yüklü merkezidir. "Çekirdek" kelimesi, "fındık" veya "çekirdek" anlamına gelen kelimenin bir şekli olan Latince çekirdekten gelir. Terim, 1844 yılında Michael Faraday tarafından atomun merkezini tanımlamak için icat edildi. Çekirdeğin incelenmesi, bileşiminin ve özelliklerinin incelenmesiyle ilgili bilimlere nükleer fizik ve nükleer kimya denir.
Protonlar ve nötronlar güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulur. Elektronlar çekirdeğe çekilir, ancak o kadar hızlı hareket ederler ki dönüşleri atomun merkezinden belli bir mesafede gerçekleşir. Artı işaretli nükleer yük protonlardan gelir, peki nötron nedir? Bu elektrik yükü olmayan bir parçacıktır. Protonlar ve nötronlar elektronlardan çok daha fazla kütleye sahip olduğundan, bir atomun neredeyse tüm ağırlığı çekirdekte bulunur. Bir atom çekirdeğindeki protonların sayısı onun bir element olarak kimliğini belirler. Nötron sayısı, atomun elementin hangi izotopu olduğunu gösterir.
Atom çekirdeği boyutu
Çekirdek atomun genel çapından çok daha küçüktür çünkü elektronlar merkezden daha uzakta olabilir. Bir hidrojen atomu çekirdeğinden 145.000 kat, bir uranyum atomu ise merkezinden 23.000 kat daha büyüktür. Hidrojen çekirdeği tek bir protondan oluştuğu için en küçüktür.
Çekirdekteki proton ve nötronların dizilişi
Proton ve nötronlar genellikle bir arada paketlenmiş ve kürelere eşit şekilde dağılmış olarak tasvir edilir. Ancak bu, gerçek yapının basitleştirilmesidir. Her nükleon (proton veya nötron) belirli bir enerji seviyesini ve konum aralığını işgal edebilir. Çekirdek küresel olabileceği gibi armut şeklinde, küresel veya disk şeklinde de olabilir.
Proton ve nötronların çekirdekleri, kuark adı verilen en küçük parçalardan oluşan baryonlardır. Çekici kuvvetin menzili çok kısa olduğundan proton ve nötronların birbirine çok yakın olması gerekir. Bu güçlü çekim, yüklü protonların doğal itme kuvvetinin üstesinden gelir.
Proton, nötron ve elektron
Nükleer fizik gibi bir bilimin gelişmesinde güçlü bir itici güç, nötronun keşfiydi (1932). Bunun için Rutherford'un öğrencisi olan İngiliz fizikçiye teşekkür etmeliyiz. Nötron nedir? Bu, serbest durumdayken sadece 15 dakika içinde kütlesiz nötr parçacık olarak adlandırılan proton, elektron ve nötrinoya bozunabilen kararsız bir parçacıktır.
Parçacık adını elektrik yükü olmadığından, nötr olduğundan alır. Nötronlar son derece yoğundur. Yalıtılmış bir durumda, bir nötronun kütlesi yalnızca 1,67·10 - 27 olacaktır ve eğer nötronlarla yoğun bir şekilde dolu bir çay kaşığı alırsanız, ortaya çıkan madde parçasının ağırlığı milyonlarca ton olacaktır.
Bir elementin çekirdeğindeki proton sayısına atom numarası denir. Bu sayı her öğeye benzersiz kimliğini verir. Karbon gibi bazı elementlerin atomlarında çekirdeklerdeki proton sayısı her zaman aynıdır ancak nötron sayısı değişebilir. Belirli bir elementin çekirdeğinde belirli sayıda nötron bulunan atomuna izotop denir.
Tek nötronlar tehlikeli midir?
Nötron nedir? Bu protonla birlikte yer alan bir parçacıktır. Ancak bazen kendi başlarına da var olabilirler. Nötronlar atom çekirdeğinin dışında olduklarında potansiyel olarak tehlikeli özellikler kazanırlar. Yüksek hızlarda hareket ettiklerinde ölümcül radyasyon üretirler. İnsanları ve hayvanları öldürme yetenekleriyle bilinen nötron bombaları, cansız fiziksel yapılar üzerinde minimum etkiye sahiptir.
Nötronlar atomun çok önemli bir parçasıdır. Bu parçacıkların yüksek yoğunluğu, hızlarıyla birleştiğinde onlara aşırı yıkıcı güç ve enerji verir. Bunun sonucunda çarptıkları atomların çekirdeklerini değiştirebilir, hatta parçalayabilirler. Bir nötronun net nötr elektrik yükü olmasına rağmen, yük bakımından birbirini iptal eden yüklü bileşenlerden oluşur.
Atomdaki nötron çok küçük bir parçacıktır. Protonlar gibi onlar da elektron mikroskobuyla bile görülemeyecek kadar küçüktürler ama oradadırlar çünkü atomların davranışını açıklamanın tek yolu budur. Nötronlar bir atomun stabilitesi için çok önemlidir, ancak atom merkezinin dışında uzun süre var olamazlar ve ortalama olarak yalnızca 885 saniyede (yaklaşık 15 dakika) bozunurlar.
Yükleniyor...