Neutrón je neutrálna častica patriaca do triedy hadrónov. Objavený v roku 1932 anglickým fyzikom J. Chadwickom. Spolu s protónmi sú neutróny súčasťou atómových jadier. Elektrický náboj neutrónu je nulový. Potvrdzujú to priame merania náboja vychýlením neutrónového lúča v silných elektrických poliach, ktoré to ukázali (tu je elementárny elektrický náboj, teda absolútna hodnota náboja elektrónu). Nepriame údaje poskytujú odhad. Spin neutrónu je 1/2. Ako hadrón s polovičným spinom patrí do skupiny baryónov (pozri Protón). Každý baryón má antičasticu; antineutrón bol objavený v roku 1956 pri pokusoch o rozptyle antiprotónov jadrami. Antineutrón sa líši od neutrónu znakom baryónového náboja; neutrón, podobne ako protón, má baryónový náboj.

Podobne ako protón a iné hadróny, ani neutrón nie je skutočne elementárnou časticou: skladá sa z jedného m-kvarku s elektrickým nábojom a dvoch -kvarkov s nábojom, ktoré sú spojené gluónovým poľom (pozri. Elementárne častice, Kvarky, Silné interakcie ).

Neutróny sú stabilné iba v zložení stabilných atómových jadier. Voľný neutrón je nestabilná častica, ktorá sa rozpadá na protón, elektrón a elektrónové antineutríno (pozri Beta rozpad):. Životnosť neutrónov je s, teda asi 15 minút. V hmote vo voľnej forme existuje neutrónov ešte menej kvôli ich silnej absorpcii jadrami. Preto vznikajú v prírode alebo sa získavajú v laboratóriu len ako výsledok jadrových reakcií.

Energetická bilancia rôznych jadrových reakcií bola použitá na určenie rozdielu medzi hmotnosťami neutrónu a protónu: MeV. Porovnaním s hmotnosťou protónov získame hmotnosť neutrónu: MeV; to zodpovedá r, alebo kde je hmotnosť elektrónu.

Neutrón sa zúčastňuje všetkých druhov základných interakcií (pozri. Jednota prírodných síl). Silné interakcie viažu neutróny a protóny v atómových jadrách. Príklad slabej interakcie - beta rozpad neutrónu - tu už bol zvažovaný. Zúčastňuje sa táto neutrálna častica na elektromagnetických interakciách? Neutrón má vnútornú štruktúru a v nej so všeobecnou neutralitou existujú elektrické prúdy, čo vedie najmä k vzniku magnetického momentu v neutróne. Inými slovami, v magnetickom poli sa neutrón správa ako strelka kompasu.

Toto je len jeden príklad jeho elektromagnetickej interakcie.

Hľadanie elektrického dipólového momentu neutrónu, pre ktorý bola získaná horná hranica:. Tu sa vedcom z Leningradského inštitútu jadrovej fyziky Akadémie vied ZSSR podarilo zrealizovať najefektívnejšie experimenty. Hľadanie dipólového momentu neutrónov je dôležité pre pochopenie mechanizmov narušenia invariancie vzhľadom na reverzáciu času v mikroprocesoch (pozri Parita).

Gravitačné interakcie neutrónov boli pozorované priamo z ich pádu v gravitačnom poli Zeme.

Teraz bola prijatá podmienená klasifikácia neutrónov podľa ich kinetickej energie: pomalé neutróny eV, existuje ich veľa druhov), rýchle neutróny (eV), vysokoenergetické eV). Veľmi pomalé neutróny (eV), nazývané ultrachladné, majú veľmi zaujímavé vlastnosti. Ukázalo sa, že ultrachladné neutróny sa môžu hromadiť v „magnetických pasciach“ a dokonca tam orientovať svoje spiny určitým smerom. Pomocou magnetických polí špeciálnej konfigurácie sú ultrachladné neutróny izolované od absorbujúcich stien a môžu „žiť“ v pasci, kým sa nerozpadnú. To umožňuje uskutočniť mnoho jemných experimentov na štúdium vlastností neutrónov.

Ďalší spôsob skladovania ultrachladných neutrónov je založený na ich vlnových vlastnostiach. Pri nízkych energiách je de Broglieho vlnová dĺžka (pozri Kvantová mechanika) taká veľká, že neutróny sa odrážajú od jadier hmoty rovnakým spôsobom, ako sa svetlo odráža od zrkadla. Takéto neutróny môžu byť jednoducho uložené v uzavretej „banke“. Túto myšlienku predložil sovietsky fyzik Ya. B. Zel'dovich koncom 50. rokov 20. storočia a prvé výsledky boli získané v Dubne, v Spojenom ústave pre jadrový výskum, takmer o desať rokov neskôr. Nedávno sa sovietskym vedcom podarilo postaviť nádobu, v ktorej žijú ultrachladné neutróny, kým sa prirodzene nerozpadnú.

Voľné neutróny sú schopné aktívne interagovať s atómovými jadrami, čo spôsobuje jadrové reakcie. V dôsledku interakcie pomalých neutrónov s hmotou možno pozorovať rezonančné efekty, difrakčný rozptyl v kryštáloch atď.. Vďaka týmto vlastnostiam sú neutróny široko používané v jadrovej fyzike a fyzike pevných látok. Zohrávajú dôležitú úlohu v jadrovej energetike, pri výrobe transuránových prvkov a rádioaktívnych izotopov a nachádzajú praktické uplatnenie v chemickej analýze a geologickom prieskume.

NEUTRÓN

NEUTRÓN

(anglický neutrón, z lat. neuter – ani jedno, ani druhé) (n), elektricky neutrálny prvok. ch-tsa so spinom 1/2 a hmotnosťou mierne presahujúcou hmotnosť protónu; patrí do triedy hadrónov a patrí do skupiny baryónov. Všetky atómové jadrá sú postavené z protónov a N.. N. otvorili v roku 1932 angl. fyzik J. Chadwick, ktorý zistil, že to, čo objavil on. fyzikov V. Bote a G. Becker prenikavý, rez vzniká pri bombardovaní at. jadrá s a-časticami, pozostáva z nenabitých. ch-c s hmotnosťou blízkou protónu.

N. sú stabilné len v zložení stabilných atómov. jadrá. Voľná ​​N. - nestabilná ch-tsa, rozpadá sa podľa schémy: n®p + e- + v = c (beta-rozpad N.); St H, t = 15,3 min. V hmote voľné N. existujú ešte menej (v hustej hmote - jednotky - stovky mikrosekúnd) kvôli ich silnej absorpcii jadrami. Preto voľné N. vznikajú v prírode alebo sa získavajú v laboratóriu iba v jede. reakcie. Voľný N., v interakcii s at. jadier, spôsobujú rozklad. ... N. veľkú účinnosť pri realizácii jedu. reakcie, jedinečnosť dopadu pomalého N. (efekty rezonancie, difrakčný rozptyl v kryštáloch a pod.) robia z N. mimoriadne dôležitý nástroj pre výskum jedu. fyzika a fyzika tv. telies (pozri. NEUTRONOGRAFIA). V praktickom N. aplikácie zohrávajú kľúčovú úlohu v jed. energie, pri výrobe transuránových prvkov a rádioaktívnych. izotopy (art.), a používajú sa aj v chem. rozbor (aktivácia. rozbor) a geol. prieskum (logovanie neutrónov).

Základné charakteristiky neutrónov.

Hmotnosť. Rozdiel medzi hmotnosťami N. a protónu je určený najpresnejšie: mn - mp = 1,29344 (7) MeV, merané energiou. bilancia dekomp. ja reakcie. Preto (a známa mp) mn = 939,5731 (27) MeV alebo mn "1,675X10-24 g" 1840me (me - el-na).

Spin a štatistiky. Spin H. J sa meral štiepením lúča veľmi pomalého N. v nehomogénnom magnete. ... Podľa kvant. mechanika by sa mal lúč rozdeliť na 2J + 1 det. zväzky. Pozorovalo sa rozdelenie na dva lúče, t.j. pre H., J = 1/2 a N. sa riadi štatistikou Fermi-Dirac (nezávisle to bolo stanovené na základe experimentálnych údajov o štruktúre atómových jadier).

Rozptyl pomalých neutrónov protónmi pri energiách do 15 MeV je sféricky symetrický v systéme ťažiska. To naznačuje, že rozptyl je určený účinkom np v relatívnom stave. pohyb z obežných dráh. moment l = 0 (tzv. S-vlna). S-rozptyl prevláda nad rozptylom v iných štátoch, keď de Broglie N. ?? akčný rádius jed. sily. Keďže pri energii 10 MeV pre N.? »2 10-13 cm táto vlastnosť rozptylu N. protónmi pri takýchto energiách dáva informáciu o rádovej veľkosti polomeru pôsobenia jedu. sily. Z teórie rozptylu mikročastíc vyplýva, že rozptyl v S-stave slabo závisí od detailnej formy vzostupného potenciálu a je opísaný s dobrou presnosťou dvoma parametrami: ef. polomer r potenciálu a dĺžka rozptylu a. Na opis rozptylu np je počet parametrov dvakrát väčší, pretože systém môže byť v dvoch stavoch s rôznymi hodnotami celkového spinu: 1 (stav tripletu) a 0 (stav singletu). Skúsenosti ukazujú, že dĺžky rozptylu N. o protón a ef. polomery dopadu v singletovom a tripletovom stave sú rôzne, teda jed. sily závisia od celkového spinu ch-ch. Najmä komunikácia. stav systému np - jadro deutéria môže existovať len so spinom 1. Dĺžka rozptylu v singletovom stave, stanovená z experimentov na rozptyle pp (dva protóny v stave S podľa Pauliho princípu môžu byť len v stav s nulovým celkovým spinom) je np dĺžka rozptylu v singletovom stave. To je v súlade s izotopom. nemennosť silného vplyvu. Nedostatok komunikácie. systémy np v singletovom stave a izotop. invariantnosť je jed. sily vedú k záveru, že nemôže existovať žiadna súvislosť. sústavy dvoch H – tzv. bineutrón. Priame experimenty na rozptyle nn sa neuskutočnili kvôli absencii neutrónových terčov, ale nepriamo. údaje (jadrá Svätých ostrovov) a priamejšie - štúdium reakcií 3Н + 3Н®4Не + 2n, p- + d®2n + g súhlasí s izotopovou hypotézou. invariantný jed. sily a absencia bineutrónu. (Ak by bineutrón existoval, potom by sa pri týchto reakciách pri celkom určitých energiách pozorovali vrcholy v rozložení energie zodpovedajúcich a-častíc a g-kvant.) Hoci jed. dopad v singletovom stave nie je dostatočne veľký na vytvorenie bineutrónu, čo nevylučuje možnosť vytvorenia väzby. sústavy veľkého počtu samotných neutrónových jadier (jadrá z troch alebo štyroch neutrónov sa nenašli).

ELEKTROMAGNITNOE VZ a MODEISTv e. El.-magn. sv. va N. sú určené prítomnosťou magn. moment, ako aj rozvod existujúci vnútri N. dá. a odmietnuté. náboje a prúdy. Magn. Okamih N. určuje správanie N. v ext. e-magn. polia: rozštiepenie N. lúča v nerovnomernom magn. pole, precesia spinu N. Int. e-magn. štruktúra N. (pozri FORM FAKTOR) sa prejavuje v rozptyle vysokoenergetických elektrónov na N. a v procesoch tvorby mezónov na N. pomocou g-kvant. Vplyv magn. moment N. s magn. momentov elektrónových obalov atómov sa výrazne prejavuje pre N., de Broglieho dĺžka to-rykh ?? at. veľkosti (? NEUTRONOGRAFIA). Interferencia magn. rozptyl s jadrovou umoznuje ziskat zvazky polarizovaneho pomaleho N. Vz-stvie magn. moment N. s el. pole jadra spôsobuje špecifické. rozptyl N. Schwingera (prvýkrát ho naznačil americký fyzik Yu. Schwinger). Celkový rozptyl je malý, ale pri malých uhloch (= 3 °) sa stáva porovnateľným s prierezom jedu. rozptyl; N., rozptýlené v takýchto uhloch, sú vysoko polarizované. Vplyv N. s el-nom, nesúvisiaci s jeho vlastným. alebo obežné dráhy. moment el-na, je redukovaný na hlavný. k vzostupu magn. N. moment s elektrnch. e-mailom. Hoci je tento efekt veľmi malý, bol pozorovaný v Yesku. experimenty.

Čo je neutrón vo fyzike. Jeho strony, rovnako ako dôležitú úlohu v stabilite atómového jadra. História objavu neutrónu. Vlastnosti rýchleho a pomalého neutrónu...

Čo je neutrón vo fyzike: štruktúra, vlastnosti a použitie

Od spoločnosti Masterweb

Čo je to neutrón? Táto otázka sa najčastejšie objavuje medzi ľuďmi, ktorí sa nevenujú jadrovej fyzike, pretože pod neutrónom sa v nej rozumie elementárna častica, ktorá nemá elektrický náboj a má hmotnosť 1838,4-krát väčšiu ako elektronická. Spolu s protónom, ktorého hmotnosť je o niečo menšia ako hmotnosť neutrónu, je „stavebným kameňom“ atómového jadra. Vo fyzike elementárnych častíc sa neutrón a protón považujú za dve rôzne formy jednej častice – nukleónu.

Štruktúra neutrónu

Neutrón je prítomný v zložení jadier atómov pre každý chemický prvok, jedinou výnimkou je atóm vodíka, ktorého jadrom je jeden protón. Čo je to neutrón, akú má štruktúru? Hoci sa nazýva elementárna „tehla“ jadra, stále má svoju vnútornú štruktúru. Konkrétne patrí do čeľade baryónových a pozostáva z troch kvarkov, z ktorých dva sú kvarky typu down a jeden je typu up. Všetky kvarky majú zlomkový elektrický náboj: horný je kladne nabitý (+2/3 elektrónového náboja) a spodný je záporný (-1/3 elektrónového náboja). To je dôvod, prečo neutrón nemá elektrický náboj, pretože je jednoducho kompenzovaný kvarkami, ktoré ho tvoria. Magnetický moment neutrónu však nie je nulový.

V zložení neutrónu, ktorého definícia bola uvedená vyššie, je každý kvark spojený so zvyškom pomocou gluónového poľa. Gluón je častica zodpovedná za tvorbu jadrových síl.

Okrem hmotnosti v kilogramoch a atómových hmotnostných jednotiek sa v jadrovej fyzike hmotnosť častice popisuje aj v GeV (gigaelektrónvoltoch). To sa stalo možným po Einsteinovom objave jeho slávnej rovnice E = mc2, ktorá spája energiu s hmotnosťou. Čo je to neutrón v GeV? Toto je hodnota 0,0009396, čo je o niečo viac ako hodnota protónu (0,0009383).

Stabilita neutrónových a atómových jadier

Prítomnosť neutrónov v atómových jadrách je veľmi dôležitá pre ich stabilitu a možnosť existencie samotnej atómovej štruktúry a hmoty ako celku. Faktom je, že protóny, ktoré tvoria aj jadro atómu, majú kladný náboj. A ich zblíženie na blízku vzdialenosť si vyžaduje vynaloženie obrovských energií v dôsledku Coulombovho elektrického odpudzovania. Jadrové sily pôsobiace medzi neutrónmi a protónmi sú o 2-3 rády silnejšie ako Coulombove sily. Preto sú schopné udržať kladne nabité častice na krátke vzdialenosti. Jadrové interakcie sú krátkeho dosahu a prejavujú sa len v rámci veľkosti jadra.

Vzorec pre neutróny sa používa na zistenie ich množstva v jadre. Vyzerá to takto: počet neutrónov = atómová hmotnosť prvku - atómové číslo v periodickej tabuľke.

Voľný neutrón je nestabilná častica. Jeho priemerná životnosť je 15 minút, po ktorých sa rozpadne na tri častice:

• elektrón;
• protón;
• antineutrino.

Predpoklady pre objav neutrónu

Teoretickú existenciu neutrónu vo fyzike navrhol už v roku 1920 Ernest Rutherford, ktorý sa tak pokúsil vysvetliť, prečo sa atómové jadrá nerozpadajú v dôsledku elektromagnetického odpudzovania protónov.

Ešte skôr, v roku 1909 v Nemecku, Bothe a Becker zistili, že ak sa ľahké prvky, ako je berýlium, bór alebo lítium, ožarujú vysokoenergetickými alfa časticami z polónia, potom vzniká žiarenie, ktoré prechádza ľubovoľnou hrúbkou rôznych materiálov. Predpokladali, že toto žiarenie je gama, ale žiadne v tom čase známe žiarenie nemalo takú vysokú prenikavú silu. Oba a Beckerove experimenty neboli správne interpretované.

Objav neutrónu

Existenciu neutrónu objavil anglický fyzik James Chadwick v roku 1932. Študoval rádioaktívne žiarenie berýlia, vykonal sériu experimentov a dosiahol výsledky, ktoré sa nezhodovali s tými, ktoré predpovedali fyzikálne vzorce: energia rádioaktívneho žiarenia bola oveľa vyššia ako teoretické hodnoty a zákon zachovania hybnosti bol tiež porušené. Preto bolo potrebné prijať jednu z hypotéz:

1. Alebo sa moment hybnosti počas jadrových procesov nezachová.
2. Buď je rádioaktívne žiarenie tvorené časticami.

Vedec odmietol prvý predpoklad, pretože odporuje základným fyzikálnym zákonom, preto prijal druhú hypotézu. Chadwick ukázal, že žiarenie v jeho experimentoch tvoria častice s nulovým nábojom, ktoré majú silnú penetračnú schopnosť. Okrem toho sa mu podarilo zmerať hmotnosť týchto častíc, pričom zistil, že je o niečo väčšia ako hmotnosť protónu.

Pomalé a rýchle neutróny

V závislosti od energie, ktorú má neutrón, sa nazýva pomalý (asi 0,01 MeV) alebo rýchly (asi 1 MeV). Táto klasifikácia je dôležitá, pretože niektoré jej vlastnosti závisia od rýchlosti neutrónu. Najmä rýchle neutróny sú dobre zachytené jadrami, čo vedie k tvorbe ich izotopov a spôsobuje ich štiepenie. Pomalé neutróny sú slabo zachytávané jadrami takmer všetkých materiálov, takže môžu voľne prechádzať cez hrubé vrstvy hmoty.

Úloha neutrónu pri štiepení jadra uránu

Ak sa sami seba pýtate, čo je neutrón v jadrovej energii, potom môžeme s istotou povedať, že ide o prostriedok na vyvolanie procesu štiepenia jadra uránu, sprevádzaného uvoľňovaním vysokej energie. Pri tejto štiepnej reakcii vznikajú aj neutróny rôznych rýchlostí. Generované neutróny zase indukujú rozpad iných jadier uránu a reakcia prebieha reťazovo.

Ak je štiepna reakcia uránu nekontrolovaná, povedie to k výbuchu reakčného objemu. Tento efekt sa využíva pri jadrových bombách. Riadená štiepna reakcia uránu je zdrojom energie v jadrových elektrárňach.

Kyjevská ulica, 16 0016 Arménsko, Jerevan +374 11 233 255