Нейтрон

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
нейтрон
Quark structure neutron.svg
Кваркова структура нейтрона
склад: один u-кварк, два d-кварки
родина: ферміон
група: адрон
покоління: перше
взаємодії: всі
античастинка: антинейтрон
статус: відкрита
символ: n
Число типів: 2, разом із протоном
Маса: 939,6 МеВ/c2
час життя: 885.7(8) c у вільному стані
розпадається на: протон, електрон і антинейтрино
Електричний заряд: 0
кольоровий заряд: біла
спін: ½

Нейтро́н (англ. neutron, нім. Neutron) — елементарна частинка, яка входить до складу ядра.

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Нейтрон — електрично нейтральна частинка, що входить до групи частинок під назвою баріони, котрі в свою чергу входять до складу групи адронів. Електрична нейтральність нейтрона зумовлюється тим, що заряд u-кварка, який входить до складу нейтрона, компенсується зарядами двох d-кварків. У нейтрона є античастинка, яка називається антинейтроном.

Маса нейтрона приблизно дорівнює масі протона 1,6749543•10−24г = 1838,5 мас електрона. Це тільки на ~2,5 електронних мас перевищує масу протона. З нейтронів і протонів складаються ядра атомів, в яких нейтрон стабільний. У вільному стані нейтрон нестабільний і радіоактивний. Середній період існування 12,5 хв. Перетворюється на протон+електрон+антинейтрино. Внаслідок відсутності заряду має велику проникність, оскільки під час руху в речовині нейтрон не витрачає енергії на йонізацію, випромінювання тощо. Нейтрони використовуються в активаційному аналізі, нейтронній радіографії, нейтронному гамма-каротажі, нейтронографії та інших методах досліджень.

Властивості[ред.ред. код]

На нейтрон, як і на інші адрони, діють всі чотири фундаментальні фізичні сили:

Нейтрон не має електричного заряду, але взаємодіє з елеткромагнітним полем завдяки своєму магнітному моменту. Магнітний момент нейтрона дорівнює −1,9130427  \pm 0,0000005 ядерних магнетонів.


Стабільний нейтрон лише в складі ядра. У вільному стані розпадається з періодом напіврозпаду 886 с. Основна реакція розпаду:

n = p + e + νe, де

Стабільність нейтрона в складі ядра пояснюється тим, що його перетворення на протон призвело б до значного збільшення енергії кулонівської взаємодії всередині ядра, а цю енергію ядру нізвідки взяти.

У залежності від енергії виділяють швидкі нейтрони, теплові нейтрони й ультрахолодні нейтрони.

Історія відкриття[ред.ред. код]

Нейтрон відкрив у 1932 році Джеймс Чедвік. У 1935 році він отримав за це відкриття Нобелівську премію. Експерименти, які засвідчували виникнення випромінювання з великою глибиною проникнення в речовину, проводилися й раніше, але це випромінювання намагалися інтерпретувати, як народження гамма-квантів. Чедвіку належить заслуга доказу, що нове випромінювання належить частинці з масою, приблизно рівною масі протона.

Спочатку вважалося, що нейтрон є зв'язаним станом протона й електрона, а ядро атома складається із протонів та електронів, але точніші вимірювання маси частинки показали, що вона більша за сумарну масу протона й електрона, що неможливо при зв'язуванні. Розпад нейтрона на протон і електрон, при якому зайву енергію забирає нейтрино, підтверджує цей висновок. Існували й інші складнощі протонно-електронної моделі. Вона не могла пояснити ціле значення спіну ядра Нітрогену в молекулі азоту, а також відсутність електронного внеску в надтонку структуру. Крім того, електрон надто легка частинка, щоб її можна було локалізувати в об'ємі ядра. Першими довели, що ядро не може складатися з електронів та протонів Віктор Амбарцумян та Дмитро Іваненко[1][2], а з середини 1930-их утвердилася протон-нейтронна модель ядра.

Антинейтрон відкрив у 1956 році Брюс Корк.

Джерела нейтронів[ред.ред. код]

Нейтрони утворюються у великій кількості в ядерних реакторах під час поділу ядра 235U. Поділ відбувається при захопленні нейтрона ядром, але як наслідок утворюється кілька вільних нейтронів. Цей процес називають розмноженням нейтронів.

Взаємодія з речовиною[ред.ред. код]

Оскільки нейтрони не мають електричного заряду, а магнітна взаємодія слабка, то швидкі нейтрони можуть проникати в речовину на значну глибину. Єдиним типом взаємодії є пряме зіткнення з ядрами речовини, імовірність якого невисока з огляду на малі розміри ядер. Енергія, яку нейтрон втрачає при зіткненні, передаючи його ядру, з яким зіткнувся, залежить від співвідношення мас нейтрона й ядра і тим більша, чим ближчі між собою ці маси. Тому нейтрони краще гальмуються речовинами, в яких багато водню: водою, вуглеводами тощо. Саме речовини із малими масами ядер використовуються для сповільнення нейтронів у ядерних реакторах.

У камерах Вільсона чи бульбашкових камерах нейтрон не залишає треку, проте вибите із атома заряджене ядро залишає трек, тож можна прослідкувати, у якій точці відбулося зіткнення.

Деякі ядра атомів поглинають нейтрони. При поглинанні спочатку один ізотоп хімічного елементу перетворюється в інший, але такі ізотопи часто нестабільні. При поглинанні нейтрона 235U, наприклад, новий ізотоп розпадається.

Застосування[ред.ред. код]

Метод розсіювання нейтронів широко використовується для вивчення властивостей кристалічних тіл — фононних спектрів, кристалічного поля тощо.

У напівпровідниковій технології застосовується нейтронна імплантація домішок.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. V. A. Ambartsumian— a life in science // Astrophysics, 51 (2008) (3). — Bibcode:2008Ap.....51..280T. — DOI:10.1007/s10511-008-9016-6.
  2. Ambartsumian and Ivanenko (1930) «Об одном следствии теории дирака протонов и электронов» (On a Consequence of the Dirac Theory of Protons and Electrons), Доклады Академии Наук СССР (Doklady Akademii Nauk SSSR / Proceedings of the USSR Academy of Sciences) Ser. A, no. 6, pages 153–155. Available in Russian on-line.

Джерела[ред.ред. код]