Неутронът е неутрална частица, принадлежаща към класа на адроните. Открит през 1932 г. от английския физик Дж. Чадуик. Заедно с протоните, неутроните са част от атомните ядра. Електрическият заряд на неутрона е нула. Това се потвърждава от директни измервания на заряда от отклонението на неутронния лъч в силни електрически полета, които показват, че (тук е елементарният електрически заряд, т.е. абсолютната стойност на заряда на електрона). Косвените данни дават оценка. Неутронният спин е 1/2. Като адрон с половин цяло число спин, той принадлежи към групата на бариони (виж Протон). Всеки барион има античастица; Антинеутронът е открит през 1956 г. в експерименти за разсейване на антипротони от ядра. Антинеутронът се различава от неутрона по знака на барионния заряд; неутронът, подобно на протона, има барионен заряд.

Подобно на протона и други адрони, неутронът не е истинска елементарна частица: той се състои от един m-кварк с електрически заряд и два -кварка със заряд - , свързани помежду си с глуонно поле (вижте Елементарни частици, Кварки, Силни взаимодействия ).

Неутроните са стабилни само в стабилни атомни ядра. Свободният неутрон е нестабилна частица, която се разпада на протон, електрон и електронно антинеутрино (вижте Бета разпад):. Животът на неутрона е s, т.е. около 15 минути. Неутроните съществуват в свободна форма в материята още по-малко поради силното поглъщане от техните ядра. Следователно те възникват в природата или се получават в лабораторията само в резултат на ядрени реакции.

Според енергийния баланс на различни ядрени реакции се определя стойността на разликата между масите на неутрон и протон: MeV. Сравнявайки го с масата на протона, получаваме масата на неутрона: MeV; това съответства на r, или , където е масата на електрона.

Неутронът участва във всички видове фундаментални взаимодействия (вижте Единство на силите на природата). Силните взаимодействия свързват неутрони и протони в атомните ядра. Тук вече беше разгледан пример за слабо взаимодействие - бета-разпад на неутрони. Тази неутрална частица участва ли в електромагнитни взаимодействия? Неутронът има вътрешна структура и в случай на обща неутралност в него има електрически токове, водещи по-специално до появата на магнитен момент в неутрона. С други думи, в магнитно поле неутронът се държи като стрелка на компас.

Това е само един пример за неговото електромагнитно взаимодействие.

Голям интерес придоби търсенето на електрическия диполен момент на неутрона, за което беше получена горната граница: . Тук учените от Ленинградския институт по ядрена физика на Академията на науките на СССР успяха да извършат най-ефективните експерименти. Търсенето на диполния момент на неутроните е важно за разбирането на механизмите на нарушаване на инвариантността по отношение на обръщането на времето в микропроцесите (вижте паритета).

Гравитационните взаимодействия на неутроните са наблюдавани директно от тяхното попадане в гравитационното поле на Земята.

Сега е приета условна класификация на неутроните според тяхната кинетична енергия: бавни неутрони eV, има много разновидности от тях), бързи неутрони (eV), високоенергийни eV). Много интересни свойства имат много бавни неутрони (eV), наречени ултрастудени. Оказа се, че ултрастудените неутрони могат да се натрупват в "магнитни капани" и дори техните завъртания могат да бъдат ориентирани там в определена посока. Използвайки магнитни полета със специална конфигурация, ултрастудените неутрони се изолират от абсорбиращите стени и могат да "живеят" в капан, докато се разпаднат. Това позволява много фини експерименти за изследване на свойствата на неутроните.

Друг метод за съхранение на ултрастудени неутрони се основава на техните вълнови свойства. При ниска енергия дължината на вълната на де Бройл (вижте квантовата механика) е толкова голяма, че неутроните се отразяват от ядрата на материята, точно както светлината се отразява от огледалото. Такива неутрони могат просто да се съхраняват в затворена "банка". Тази идея е предложена от съветския физик Я. Б. Зельдович в края на 50-те години на миналия век, а първите резултати са получени в Дубна в Обединения институт за ядрени изследвания почти десетилетие по-късно. Наскоро съветски учени успяха да построят съд, в който ултрастудените неутрони живеят до естественото си разпадане.

Свободните неутрони са в състояние активно да взаимодействат с атомните ядра, причинявайки ядрени реакции. В резултат на взаимодействието на бавни неутрони с материята могат да се наблюдават резонансни ефекти, дифракционно разсейване в кристали и т.н. Поради тези особености неутроните намират широко приложение в ядрената физика и физика твърдо тяло. Те играят важна роля в ядрената енергетика, в производството на трансуранови елементи и радиоактивни изотопи и намират практическо приложение в химичния анализ и геоложките проучвания.

НЕУТРОН

НЕУТРОН

(на английски neutron, от латински neuter - нито едното, нито другото) (n), електрически неутрален елемент. h-tsa със спин 1/2 и маса, малко надвишаваща масата на протон; принадлежи към класа на адроните и е включен в групата на барионите. Всички атомни ядра са изградени от протони и азот. Н. открита през 1932г. физик Дж. Чадуик, който установява, че откритото от него. физици В. Боте и Г. Бекер прониквайки, настъпва разрез по време на бомбардирането на при. ядра а-частици, се състои от незаредени. h-ts с маса близка до протона.

N. са стабилни само като част от стабилни при. ядра. Свободен N. - нестабилен h-tsa, разпадащ се по схемата: n®p + e- + v \u003d c (бета разпад на N.); вж. N. t \u003d 15,3 мин. В материята свободните Н. съществуват още по-малко (в плътната материя - единици - стотици микросекунди) поради силното им усвояване от ядрата. Следователно свободните Н. възникват в природата или се оказват в лаборатория само в отрова. реакции. Свободен Н., взаимодействащ с at. ядра, причиняват разл. . По-голяма ефективност на Н. при прилагането на отрова. реакции, уникалността на ефекта на бавния Н. (резонансни ефекти, дифракционно разсейване в кристали и др.) правят Н. изключително важен инструмент за изследване на отровата. физика и физика тв. тела (виж НЕУТРОНОГРАФИЯ). На практика Приложенията на Н. играят ключова роля при отровата. енергия, при производството на трансуранови елементи и радиоакт. изотопи (чл.), а се използват и в хим. анализ (активационен анализ) и геол. проучване (неутронно каротаж).

Основни характеристики на неутроните.

Тегло. Разликата в масата между неутрона и протона се определя най-точно: mn--mp=1,29344(7) MeV, измерено от енергийната баланс диф. аз реакции. Следователно (и известното mp) mn = 939,5731 (27) MeV или mn "1,675X10-24 g" 1840me (me - e-on).

Завъртане и статистика. Спинът на N. J е измерен чрез разделяне на лъч от много бавен N. в нехомогенно магнитно поле. . Според количеството. механика, лъчът трябва да бъде разделен на 2J+1 otd. греди. Наблюдавано е разделяне на два лъча, т.е. за H. J = 1/2 и H. се подчинява на статистиката на Ферми-Дирак (независимо това е установено на базата на експериментални данни за структурата на at. ядрата).

Разсейването на бавни неутрони от протони при енергии до 15 MeV е сферично симетрично в системата на центъра на инерцията. Това показва, че разсейването се определя от влиянието на np в състоянието се отнася. движения от орбити. момент l=0 (т.нар. S-вълна). S-разсейването преобладава над разсейването в други състояния, когато de Broglie H. ?? обхват на отрова. сили. Тъй като при енергия от 10 MeV за неутрони ? сили. От теорията на разсейването на микрочастиците следва, че разсейването в S-състояние слабо зависи от детайлната форма на ударния потенциал и се описва с добра точност от два параметъра: eff. потенциален радиус r и дължина на разсейване a. За да се опише np разсейването, броят на параметрите е два пъти по-голям, тъй като системата може да бъде в две състояния с различни стойности на общия спин: 1 (триплетно състояние) и 0 (единично състояние). Опитът показва, че дължините на N. разсейване от протон и eff. радиусите на удар в синглетно и триплетно състояние са различни, т.е. отрова. сили зависят от общите обратно ch-c. По-специално връзката състоянието на системата np - ядрото на деутерия може да съществува само със спин 1. Дължината на разсейване в синглетно състояние, определена от експерименти по pp разсейване (два протона в S-състояние, според принципа на Паули, могат да бъдат само в състояние с нулев общ спин) е равно на дължината на np разсейване в синглетното състояние. Това е в съответствие с изотопното инвариантност на силно въздействие. Липса на връзки системи np в синглетно състояние и изотопни. инвариантност на отровата. сили водят до заключението, че не може да има връзка. системи от две Н-- т.нар. бинеутрон. Директни експерименти за nn-разсейване не бяха проведени поради липсата на неутронни мишени, но cos. данни (St-va ядра) и по-непосредствено - изследването на реакциите 3H + 3H®4He + 2n, p- + d®2n + g са в съответствие с изотопната хипотеза. инвариантност на отровата. сили и отсъствието на бинеутрон. (Ако бинеутронът съществуваше, тогава в тези реакции щяха да се наблюдават пикове при съвсем определени енергии в енергийните разпределения на съответните a-частици и g-кванти.) Въпреки че отровата. Ефектът в синглетно състояние не е достатъчно силен, за да образува бинетрон, това не изключва възможността за образуване на връзка. системи само от голям брой неутронни ядра (не са открити ядра от три или четири неутрона).

Електромагнитно взаимодействие Ел.-магн. Saint-va N. се определят от присъствието на неговия магн. момент, както и съществуващото разпределение вътре в Н. пут. и отричам. заряди и токове. Магн. Моментът на Н. определя поведението на Н. във външ. ел.-маг. полета: разделяне на лъча на Н. в неравномерна магн. поле, спин прецесия N. Int. ел.-маг. структурата на N. (виж. ФОРМ-ФАКТОР) се проявява в разсейването на високоенергийни електрони върху N. и в процесите на производство на мезони върху N. от g-кванти. Магнитно въздействие момент Н. с магн. моменти на електронните обвивки на атомите се проявява значително за N., дължината на де Бройл до-rykh?? at. размери (? НЕУТРОНОГРАФИЯ). Магнитни смущения разсейването с ядрено вещество прави възможно получаването на лъчи от поляризирани бавни неутрони. момент Н. с ел. специфични извиквания на полето на ядрото. Швингерово разсейване на Н. (посочено за първи път от американския физик Дж. Швингер). Общото разсейване на това е малко, но при малки ъгли (=3°) става сравнимо с напречното сечение на отровата. разсейване; Н. разпръснати под такива ъгли са силно поляризирани. Ефектът на Н. с имейл, несвързан с неговия собствен. или орбита. моментът на e-on, се свежда до основния. към изгледа на магнитното. момент Н. с ел. поле за имейл. Въпреки че този ефект е много малък, беше възможно да се наблюдава в eisk. експерименти.

Какво е неутрон във физиката. Неговата структура, както и важна роля за стабилността на атомното ядро. Историята на откриването на неутрона. Свойства на бързи и бавни неутрони...

Какво е неутрон във физиката: структура, свойства и приложения

От Masterweb

Какво е неутрон? Този въпрос най-често възниква сред хора, които не се занимават с ядрена физика, тъй като неутронът в нея се разбира като елементарна частица, която няма електрически заряд и има маса 1838,4 пъти по-голяма от електронната. Заедно с протона, чиято маса е малко по-малка от масата на неутрона, той е "тухла" на атомното ядро. Във физиката на елементарните частици неутронът и протонът се считат за две различни формиедна частица - нуклон.

Структурата на неутрона

Неутронът присъства в състава на ядрата на атомите за всеки химичен елемент, единственото изключение е водородният атом, чието ядро ​​е един протон. Какво е неутрон, каква структура има? Въпреки че се нарича елементарна "тухла" на ядрото, тя все още има своя собствена вътрешна структура. По-специално, той принадлежи към семейството на бариони и се състои от три кварка, два от които са кварки от низходящ тип, а един е от възходящ тип. Всички кварки имат частичен електрически заряд: горният е положително зареден (+2/3 от заряда на електрона), а долният е отрицателно зареден (-1/3 от заряда на електрона). Ето защо неутронът няма електрически заряд, защото просто се компенсира от кварките, които го изграждат. Магнитният момент на неутрона обаче не е равен на нула.

В състава на неутрона, чието определение беше дадено по-горе, всеки кварк е свързан с останалите с помощта на глюонно поле. Глюонът е частицата, отговорна за образуването на ядрени сили.

В допълнение към масата в килограми и единици за атомна маса, в ядрената физика масата на частица се описва и в GeV (гигаелектронволта). Това стана възможно след откриването на Айнщайн на известното му уравнение E=mc2, което свързва енергията с масата. Какво е неутрон в GeV? Това е стойност от 0,0009396, която е малко по-голяма от тази на протона (0,0009383).

Стабилност на неутронните и атомните ядра

Наличието на неутрони в атомните ядра е много важно за тяхната стабилност и възможността за съществуване на самата атомна структура и материята като цяло. Факт е, че протоните, които също съставляват атомното ядро, имат положителен заряд. И тяхното приближаване до близки разстояния изисква изразходване на огромни енергии поради кулоновото електрическо отблъскване. Ядрените сили, действащи между неутрони и протони, са с 2-3 порядъка по-силни от кулоновите. Следователно те са в състояние да задържат положително заредени частици на близки разстояния. Ядрените взаимодействия са къси и се проявяват само в рамките на размера на ядрото.

Неутронната формула се използва за намиране на техния брой в ядрото. Изглежда така: броят на неутроните = атомната маса на елемента - атомното число в периодичната таблица.

Свободният неутрон е нестабилна частица. Средният му живот е 15 минути, след което се разпада на три частици:

• електрон;
• протон;
• антинеутрино.

Предпоставки за откриването на неутрона

Теоретичното съществуване на неутрона във физиката е предложено още през 1920 г. от Ърнест Ръдърфорд, който се опитва по този начин да обясни защо атомни ядране се разпадат поради електромагнитното отблъскване на протоните.

Още по-рано, през 1909 г. в Германия, Боте и Бекер установяват, че ако леките елементи, като берилий, бор или литий, се облъчват с високоенергийни алфа частици от полоний, тогава се образува радиация, която преминава през всякаква дебелина на различни материали. Те предполагаха, че това е гама-лъчение, но нито едно такова излъчване, познато по това време, нямаше толкова голяма проникваща сила. Експериментите на Боте и Бекер не са били правилно интерпретирани.

Откриване на неутрона

Съществуването на неутрона е открито от английския физик Джеймс Чадуик през 1932 г. Той изучава радиоактивното излъчване на берилий, провежда серия от експерименти, получавайки резултати, които не съвпадат с прогнозираните. физически формули: енергията на радиоактивното излъчване далеч надвишава теоретичните стойности, законът за запазване на импулса също беше нарушен. Следователно беше необходимо да се приеме една от хипотезите:

1. Или ъгловият импулс не се запазва в ядрените процеси.
2. Или радиоактивното излъчване се състои от частици.

Ученият отхвърли първото предположение, тъй като то противоречи на основните физически закони, така че той прие втората хипотеза. Чадуик показа, че радиацията в неговите експерименти се образува от частици с нулев заряд, които имат силна проникваща сила. Освен това той успя да измери масата на тези частици, установявайки, че тя е малко по-голяма от тази на протон.

Бавни и бързи неутрони

В зависимост от енергията, която притежава един неутрон, той се нарича бавен (от порядъка на 0,01 MeV) или бърз (от порядъка на 1 MeV). Такава класификация е важна, тъй като някои от нейните свойства зависят от скоростта на неутрона. По-специално, бързите неутрони са добре уловени от ядрата, което води до образуването на техните изотопи и причинява тяхното делене. Бавните неутрони са слабо уловени от ядрата на почти всички материали, така че могат лесно да преминават през дебели слоеве материя.

Ролята на неутрона в деленето на урановото ядро

Ако се запитате какво е неутрон в ядрената енергия, тогава можем да кажем с увереност, че това е средство за предизвикване на процеса на делене на ядрото на урана, придружен от освобождаване на голяма енергия. Тази реакция на делене също произвежда неутрони с различни скорости. От своя страна генерираните неутрони предизвикват разпадането на други уранови ядра и реакцията протича по верижен начин.

Ако реакцията на делене на уран е неконтролирана, това ще доведе до експлозия на реакционния обем. Този ефект се използва при ядрени бомби. Контролираната реакция на делене на урана е източник на енергия в атомните електроцентрали.

ул. Киевян, 16 0016 Армения, Ереван +374 11 233 255