Neutroni

Neutroni , neutraali subatominen hiukkanen, joka on a muodostavat jokaisen atomituumasta paitsi tavallinen vety. Sillä ei ole sähkövaraus ja lepomassa on 1,67493 × 10⁻²⁷kg - hieman suurempi kuin protonin, mutta melkein 1839 kertaa suurempi kuin elektronin. Neutronit ja protonit, joita kutsutaan yleisesti nukleoneiksi, ovat sitoutuneet toisiinsa atomin tiheässä sisäytimessä, ytimessä, jossa niiden osuus on 99,9 prosenttia atomin massasta. Korkean energian kehitys hiukkasten fysiikka 1900-luvulla paljasti, että neutroni tai protoni eivät ole todellisia alkeishiukkasia; pikemminkin ne ovat yhdistelmiä erittäin pienistä alkeishiukkasista, joita kutsutaan kvarkit . Ydin on sidottu yhteen vahvan voiman, a perustavanlaatuinen vuorovaikutus joka säätelee yksittäisten protonien ja neutronien muodostavien kvarkkien käyttäytymistä.

Neutronin löysi vuonna 1932 englantilainen fyysikko James Chadwick . Muutaman vuoden kuluessa tämän löydön jälkeen monet tutkijat ympäri maailmaa tutkivat hiukkasen ominaisuuksia ja vuorovaikutusta. Havaittiin, että neutronien pommitettuihin eri elementteihin tapahtuu fissio - eräänlainen ydinreaktio, joka tapahtuu, kun raskaan alkuaineen ydin jaetaan kahteen lähes yhtä pienempään fragmenttiin. Tämän reaktion aikana kukin halkaistusta ytimestä vapautuu lisää vapaita neutroneja samoin kuin fissiofragmentteihin sitoutuneita. Vuonna 1942 ryhmä amerikkalaisia ​​tutkijoita fyysikko Enrico Fermin johdolla osoitti, että fissioprosessin aikana syntyy tarpeeksi vapaita neutroneja ketjureaktion ylläpitämiseksi. Tämä kehitys johti atomipommin rakentamiseen. Myöhemmät tekniset läpimurrot johtivat sähkön laajamittaiseen tuottamiseen ydinenergiasta. imeytyminen Neutronien antaminen ytimillä, jotka ovat alttiina ydinreaktorien korkeille neutronien intensiteeteille, on myös mahdollistanut suurten määrien radioaktiivisten isotooppien tuottamisen, jotka ovat hyödyllisiä moniin eri tarkoituksiin. Lisäksi neutronista on tullut tärkeä työkalu puhtaassa tutkimuksessa. Sen ominaisuuksien ja rakenteen tuntemus on välttämätöntä aineen rakenteen ymmärtämiselle yleensä. Neutronien aiheuttamat ydinreaktiot ovat arvokkaita tietolähteitä atomituumasta ja sitä sitovasta voimasta.

Vapaa neutroni - sellainen, jota ei ole sisällytetty ytimeen - on alttiina radioaktiivinen hajoaminen tyyppiä, jota kutsutaan beetahajoamiseksi. Se hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi (neutriinon antimateriaalinen vastine, hiukkanen ilman varausta ja vähän tai ei lainkaan massaa); puolikas elämä tälle hajoamisprosessille on 614 sekuntia. Koska se hajoaa helposti tällä tavalla, neutronia ei ole luonnossa vapaassa tilassaan, lukuun ottamatta muiden erittäin energisten hiukkasten joukossa kosmisia säteitä. Koska vapaat neutronit ovat sähköisesti neutraaleja, ne kulkevat esteettömästi atomien sähkökenttien läpi ja niin edelleen muodostavat tunkeutuva säteilyn muoto, joka on vuorovaikutuksessa aineen kanssa melkein yksinomaan suhteellisen harvinaisten törmäysten kautta atomiatumien kanssa.

Neutronit ja protonit luokitellaan hadroneiksi, subatomisiksi hiukkasiksi, joihin kohdistuu voimakas voima. Hadroneilla puolestaan ​​on osoitettu olevan sisäinen rakenne kvarkkien, osittain varautuneiden subatomisten hiukkasten muodossa, joiden uskotaan olevan aineen peruskomponentteja. Kuten protoni ja muut baryonipartikkelit, neutroni koostuu kolmesta kvarkista; Itse asiassa neutronilla on magneettinen dipolimomentti - ts. se käyttäytyy kuin minuuttimagneetti tavoilla, jotka viittaavat siihen, että se on liikkuvien sähkövarausten kokonaisuus.