NEUTRONI
Neutron

Neutron- neutraali hiukkanen, joka kuuluu baryonien luokkaan. Yhdessä protonin kanssa neutroni muodostaa atomiytimiä. Neutronimassa on mn = 938,57 MeV / s 2 ≈ 1,675 · 10 -24 g Neutronin, kuten protonin, spin on 1 / 2ћ ja se on fermioni .. Sillä on myös magneettinen momentti μ n = - 1,91 μ N, jossa μ N = е ћ / 2m рс - ydinmagnetoni (m р - protonin massa, käytetään Gaussin yksikköjärjestelmää). Neutronin koko on noin 10 -13 cm, se koostuu kolmesta kvarkista: yhdestä u-kvarkista ja kahdesta d-kvarkista, ts. sen kvarkkirakenne on udd.
Baryonina neutronin baryoniluku B = +1. Neutroni on epävakaa vapaassa tilassa. Koska se on jonkin verran raskaampaa kuin protoni (0,14 %), se hajoaa protonin muodostuessa lopullisessa tilassa. Tässä tapauksessa baryoniluvun säilymislakia ei rikota, koska myös protonin baryoniluku on +1. Tämän hajoamisen seurauksena muodostuu myös elektroni e - ja elektroni antineutrino e. Hajoaminen tapahtuu heikon vuorovaikutuksen vuoksi.

Vaimenemiskaavio n → p + e - + e.

Vapaan neutronin elinikä on τ n ≈ 890 s. Atomiytimessä neutroni voi olla yhtä stabiili kuin protoni.
Neutroni, joka on hadron, osallistuu vahvaan vuorovaikutukseen.
J. Chadwick löysi neutronin vuonna 1932.

Mikä on neutroni fysiikassa. Sen vahva, samoin kuin tärkeä rooli atomiytimen vakaudessa. Neutronien löytämisen historia. Nopeiden ja hitaiden neutronien ominaisuudet...

Mikä on neutroni fysiikassa: rakenne, ominaisuudet ja käyttö

Masterwebistä

Mikä on neutroni? Tämä kysymys herää useimmiten ihmisille, jotka eivät ole mukana ydinfysiikassa, koska neutronin alla ymmärretään siinä alkeishiukkanen, jolla ei ole sähkövarausta ja jonka massa on 1838,4 kertaa suurempi kuin elektronisen. Yhdessä protonin kanssa, jonka massa on hieman pienempi kuin neutronin massa, se on atomiytimen "rakennuspalikka". Alkuainehiukkasfysiikassa neutronin ja protonin oletetaan olevan yhden hiukkasen - nukleonin - kaksi eri muotoa.

Neutronin rakenne

Jokaisen kemiallisen alkuaineen atomiytimien koostumuksessa on neutroni, ainoa poikkeus on vetyatomi, jonka ydin on yksi protoni. Mikä on neutroni, mikä sen rakenne on? Vaikka sitä kutsutaan ytimen elementaariseksi "tiileksi", sillä on silti oma sisäinen rakenne. Erityisesti se kuuluu baryoniperheeseen ja koostuu kolmesta kvarkista, joista kaksi on down-tyypin kvarkkeja ja yksi up-tyyppisiä. Kaikilla kvarkeilla on murto-osainen sähkövaraus: ylempi on positiivisesti varautunut (+2/3 elektronivarauksesta) ja alempi negatiivinen (-1/3 elektronivarauksesta). Tästä syystä neutronilla ei ole sähkövarausta, koska sen muodostavat kvarkit yksinkertaisesti kompensoivat sen. Neutronin magneettinen momentti ei kuitenkaan ole nolla.

Neutronin koostumuksessa, jonka määritelmä on annettu edellä, jokainen kvarkki on yhdistetty muuhun gluonikentän avulla. Gluon on hiukkanen, joka on vastuussa ydinvoimien muodostumisesta.

Ydinfysiikassa hiukkasen massa kuvataan kilogrammoina ja atomimassayksiköinä ilmaistun massan lisäksi myös GeV:nä (gigaelektronivolteina). Tämä tuli mahdolliseksi sen jälkeen, kun Einstein löysi kuuluisan yhtälönsä E = mc2, joka yhdistää energian massaan. Mikä on neutroni GeV:ssä? Tämä on arvo 0,0009396, mikä on hieman korkeampi kuin protonilla (0,0009383).

Neutroni- ja atomiytimien stabiilius

Neutronien läsnäolo atomiytimissä on erittäin tärkeää niiden stabiiliudelle ja itse atomirakenteen ja aineen olemassaolon mahdollisuudelle. Tosiasia on, että protoneilla, jotka myös muodostavat atomiytimen, on positiivinen varaus. Ja niiden lähentyminen lähietäisyyksillä vaatii valtavien energioiden kuluttamista Coulombin sähköisen hylkimisen vuoksi. Neutronien ja protonien välillä vaikuttavat ydinvoimat ovat 2-3 suuruusluokkaa vahvemmat kuin Coulombin voimat. Siksi ne pystyvät pitämään positiivisesti varautuneita hiukkasia lähietäisyyksillä. Ydinvuorovaikutukset ovat lyhyen kantaman ja ilmenevät vain ytimen koon sisällä.

Neutronien kaavaa käytetään niiden määrän selvittämiseen ytimessä. Se näyttää tältä: neutronien lukumäärä = alkuaineen atomimassa - atomiluku jaksollisessa taulukossa.

Vapaa neutroni on epävakaa hiukkanen. Sen keskimääräinen käyttöikä on 15 minuuttia, minkä jälkeen se hajoaa kolmeen hiukkaseen:

• elektroni;
• protoni;
• antineutrino.

Edellytykset neutronin löytämiselle

Neutronin teoreettista olemassaoloa fysiikassa ehdotti jo vuonna 1920 Ernest Rutherford, joka yritti selittää, miksi atomiytimet eivät hajoa protonien sähkömagneettisen hylkimisen vuoksi.

Jo aikaisemmin, vuonna 1909 Saksassa, Bothe ja Becker totesivat, että jos kevyitä alkuaineita, kuten berylliumia, booria tai litiumia, säteilytetään poloniumista peräisin olevilla korkeaenergisilla alfahiukkasilla, muodostuu säteilyä, joka läpäisee minkä tahansa paksuuden eri materiaalit. He olettivat tämän säteilyn olevan gamma-säteilyä, mutta millään sellaisella tuolloin tunnetulla säteilyllä ei ollut niin suurta läpäisykykyä. Bothen ja Beckerin kokeita ei tulkittu oikein.

Neutronin löytö

Englantilainen fyysikko James Chadwick havaitsi neutronin olemassaolon vuonna 1932. Hän tutki berylliumin radioaktiivista säteilyä, suoritti sarjan kokeita saadakseen tuloksia, jotka eivät olleet yhtäpitäviä fysikaalisten kaavojen ennustamien kanssa: radioaktiivisen säteilyn energia oli paljon teoreettisia arvoja korkeampi ja liikemäärän säilymislaki oli myös rikottu. Siksi oli tarpeen hyväksyä yksi hypoteeseista:

1. Tai kulmamomentti ei säily ydinprosessien aikana.
2. Joko radioaktiivinen säteily koostuu hiukkasista.

Tiedemies hylkäsi ensimmäisen oletuksen, koska se on ristiriidassa fysiikan peruslakien kanssa, joten hän hyväksyi toisen hypoteesin. Chadwick osoitti, että hänen kokeissaan säteily muodostuu nollavaraisista hiukkasista, joilla on vahva läpäisykyky. Lisäksi hän pystyi mittaamaan näiden hiukkasten massan ja havaitsi, että se on hieman suurempi kuin protoni.

Hitaat ja nopeat neutronit

Neutronin energiasta riippuen sitä kutsutaan hitaaksi (noin 0,01 MeV) tai nopeaksi (noin 1 MeV). Tämä luokittelu on tärkeä, koska osa sen ominaisuuksista riippuu neutronin nopeudesta. Erityisesti nopeat neutronit vangitsevat hyvin ytimet, mikä johtaa niiden isotooppien muodostumiseen ja aiheuttaa niiden fission. Hitaat neutronit vangitsevat huonosti lähes kaikkien materiaalien ytimet, joten ne voivat kulkea vapaasti paksujen ainekerrosten läpi.

Neutronin rooli uraaniytimen fissiossa

Jos kysyt itseltäsi, mikä neutroni on ydinvoimassa, voimme sanoa varmuudella, että tämä on keino indusoida uraaniytimen fissioprosessi, johon liittyy korkean energian vapautuminen. Tämän fissioreaktion aikana syntyy myös erinopeuksisia neutroneja. Syntyneet neutronit puolestaan ​​indusoivat muiden uraaniytimien hajoamista ja reaktio etenee ketjumaisesti.

Jos uraanin fissioreaktio on hallitsematon, se johtaa reaktiotilavuuden räjähdykseen. Tätä vaikutusta käytetään ydinpommeissa. Uraanin hallittu fissioreaktio on energianlähde ydinvoimaloissa.

Kievyan street, 16 0016 Armenia, Jerevan +374 11 233 255

Mikä on neutroni? Mitkä ovat sen rakenne, ominaisuudet ja toiminnot? Neutronit ovat suurimpia hiukkasista, jotka muodostavat atomeja ja ovat kaiken aineen rakennuspalikoita.

Atomin rakenne

Neutronit ovat ytimessä - atomin tiheässä alueella, joka on myös täynnä protoneja (positiivisesti varautuneita hiukkasia). Näitä kahta elementtiä pitää yhdessä ydinvoima. Neutronit ovat varauksessa neutraaleja. Protonin positiivinen varaus sovitetaan elektronin negatiiviseen varaukseen neutraalin atomin luomiseksi. Vaikka ytimen neutronit eivät vaikuta atomin varaukseen, niillä on silti monia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat atomiin, mukaan lukien radioaktiivisuuden taso.

Neutronit, isotoopit ja radioaktiivisuus

Atomin ytimessä oleva hiukkanen on neutroni, joka on 0,2 % suurempi kuin protoni. Yhdessä ne muodostavat 99,99 % saman alkuaineen kokonaismassasta, niissä voi olla eri määrä neutroneja. Kun tiedemiehet viittaavat atomimassaan, he tarkoittavat keskimääräistä atomimassaa. Esimerkiksi hiilessä on yleensä 6 neutronia ja 6 protonia, joiden atomimassa on 12, mutta joskus se esiintyy atomimassalla 13 (6 protonia ja 7 neutronia). Hiiltä, ​​jonka atominumero on 14, on myös olemassa, mutta se on harvinaista. Joten hiilen atomimassaksi lasketaan keskiarvo 12,011.

Kun atomeissa on eri määrä neutroneja, niitä kutsutaan isotoopeiksi. Tutkijat ovat löytäneet tapoja lisätä näitä hiukkasia ytimeen suurten isotooppien luomiseksi. Nyt neutronien lisääminen ei vaikuta atomin varaukseen, koska niillä ei ole varausta. Ne kuitenkin lisäävät atomin radioaktiivisuutta. Tämä voi johtaa erittäin epävakaisiin atomeihin, jotka voivat purkaa korkeita energiatasoja.

Mikä on ydin?

Kemiassa ydin on atomin positiivisesti varautunut keskus, joka koostuu protoneista ja neutroneista. Sana "ydin" tulee latinan sanasta nucleus, joka on muoto sanasta, joka tarkoittaa "pähkinä" tai "ydin". Michael Faraday keksi termin vuonna 1844 kuvaamaan atomin keskustaa. Tieteitä, jotka liittyvät ytimen tutkimukseen, sen koostumuksen ja ominaisuuksien tutkimiseen, kutsutaan ydinfysiikaksi ja ydinkemiaksi.

Protoneja ja neutroneja pitää yhdessä vahva ydinvoima. Elektronit vetäytyvät ytimeen, mutta liikkuvat niin nopeasti, että niiden pyöriminen tapahtuu jonkin matkan päässä atomin keskustasta. Plus-merkillä varustettu ydinvaraus tulee protoneista, mutta mikä on neutroni? Se on hiukkanen, jolla ei ole sähkövarausta. Lähes koko atomin paino sisältyy ytimeen, koska protoneilla ja neutroneilla on paljon suurempi massa kuin elektroneilla. Atomiytimen protonien lukumäärä määrittää sen identiteetin alkuaineeksi. Neutronien lukumäärä tarkoittaa, mikä alkuaineen isotooppi atomi on.

Atomiytimen koko

Ydin on paljon pienempi kuin atomin kokonaishalkaisija, koska elektronit voivat olla kaukana keskustasta. Vetyatomi on 145 000 kertaa ytimensä koko ja uraaniatomi 23 000 kertaa sen keskustan koko. Vetyydin on pienin, koska se koostuu yhdestä protonista.

Protonien ja neutronien järjestyminen ytimessä

Protoni ja neutronit kuvataan yleensä tiivistyneinä yhteen ja tasaisesti jakautuneena palloille. Tämä on kuitenkin yksinkertaistus varsinaisesta rakenteesta. Jokainen nukleoni (protoni tai neutroni) voi miehittää tietyn energiatason ja paikkojen alueen. Vaikka ydin voi olla pallomainen, se voi olla myös päärynän muotoinen, pallomainen tai kiekon muotoinen.

Protonien ja neutronien ytimet ovat baryoneja, jotka koostuvat pienimmistä kvarkeista. Gravitaatiovoimalla on hyvin lyhyt kantama, joten protonien ja neutronien on oltava hyvin lähellä toisiaan sitoutuakseen. Tämä voimakas vetovoima voittaa varautuneiden protonien luonnollisen hylkimisen.

Protoni, neutroni ja elektroni

Voimakas sysäys sellaisen tieteen kuin ydinfysiikan kehitykselle oli neutronin löytäminen (1932). Englantilaisen fyysikon, joka oli Rutherfordin opiskelija, pitäisi olla kiitollinen tästä. Mikä on neutroni? Tämä on epästabiili hiukkanen, joka vapaassa tilassa vain 15 minuutissa pystyy hajoamaan protoniksi, elektroniksi ja neutriinoksi, niin sanotuksi massattomaksi neutraaliksi hiukkaseksi.

Hiukkanen sai nimensä, koska sillä ei ole sähkövarausta, se on neutraali. Neutronit ovat erittäin tiheitä. Eristetyssä tilassa yhden neutronin massa on vain 1,67 · 10 - 27, ja jos otat teelusikallisen, joka on tiheästi täynnä neutroneja, tuloksena oleva ainepala painaa miljoonia tonneja.

Alkuaineen ytimessä olevien protonien lukumäärää kutsutaan atomiluvuksi. Tämä numero antaa jokaiselle elementille oman yksilöllisen identiteetin. Joidenkin alkuaineiden, kuten hiilen, atomeissa protonien määrä ytimissä on aina sama, mutta neutronien määrä voi vaihdella. Tietyn alkuaineen atomia, jonka ytimessä on tietty määrä neutroneja, kutsutaan isotoopiksi.

Ovatko yksittäiset neutronit vaarallisia?

Mikä on neutroni? Tämä on hiukkanen, joka protonin kanssa menee sisään, mutta joskus ne voivat olla olemassa yksinään. Kun neutronit ovat atomiytimien ulkopuolella, ne saavat mahdollisesti haitallisia ominaisuuksia. Kun ne liikkuvat suurella nopeudella, ne tuottavat tappavaa säteilyä. Niin sanotut neutronipommit, jotka tunnetaan kyvystään tappaa ihmisiä ja eläimiä, mutta niillä on minimaalinen vaikutus elottomiin fyysisiin rakenteisiin.

Neutronit ovat erittäin tärkeä osa atomia. Näiden hiukkasten suuri tiheys yhdistettynä niiden nopeuteen antaa niille äärimmäisen tuhoavan voiman ja energian. Tämän seurauksena ne voivat muuttaa tai jopa repiä irti iskevien atomien ytimiä. Vaikka neutronilla on puhdas, neutraali sähkövaraus, se koostuu varautuneista komponenteista, jotka kumoavat toisensa varauksen suhteen.

Atomissa oleva neutroni on pieni hiukkanen. Kuten protonit, ne ovat liian pieniä nähtäväksi edes elektronimikroskoopilla, mutta ne ovat olemassa, koska tämä on ainoa tapa selittää atomien käyttäytymistä. Neutronit ovat erittäin tärkeitä atomin stabiilisuuden varmistamisessa, mutta atomikeskuksen ulkopuolella ne eivät voi olla olemassa pitkään ja hajoavat keskimäärin vain 885 sekunnissa (noin 15 minuutissa).

Mikä on neutroni? Tämä kysymys herää useimmiten ihmisille, jotka eivät ole mukana ydinfysiikassa, koska neutronin alla ymmärretään siinä alkeishiukkanen, jolla ei ole sähkövarausta ja jonka massa on 1838,4 kertaa suurempi kuin elektronisen. Yhdessä protonin kanssa, jonka massa on hieman pienempi kuin neutronin massa, se on atomiytimen "rakennuspalikka". Alkuainehiukkasfysiikassa neutronin ja protonin oletetaan olevan yhden hiukkasen - nukleonin - kaksi eri muotoa.

Jokaisen kemiallisen alkuaineen atomiytimien koostumuksessa on neutroni, ainoa poikkeus on vetyatomi, jonka ydin on yksi protoni. Mikä on neutroni, mikä sen rakenne on? Vaikka sitä kutsutaan ytimen elementaariseksi "tiileksi", sillä on silti oma sisäinen rakenne. Erityisesti se kuuluu baryoniperheeseen ja koostuu kolmesta kvarkista, joista kaksi on down-tyypin kvarkkeja ja yksi up-tyyppisiä. Kaikilla kvarkeilla on murto-osainen sähkövaraus: ylempi on positiivisesti varautunut (+2/3 elektronivarauksesta) ja alempi negatiivinen (-1/3 elektronivarauksesta). Tästä syystä neutronilla ei ole sähkövarausta, koska sen muodostavat kvarkit yksinkertaisesti kompensoivat sen. Neutronin magneettinen momentti ei kuitenkaan ole nolla.

Neutronin koostumuksessa, jonka määritelmä on annettu edellä, jokainen kvarkki on yhdistetty muuhun gluonikentän avulla. Gluon on hiukkanen, joka on vastuussa ydinvoimien muodostumisesta.

Ydinfysiikassa hiukkasen massa kuvataan kilogrammoina ja atomimassayksiköinä ilmaistun massan lisäksi myös GeV:nä (gigaelektronivolteina). Tämä tuli mahdolliseksi sen jälkeen, kun Einstein löysi kuuluisan yhtälönsä E = mc 2, joka yhdistää energian massaan. Mikä on neutroni GeV:ssä? Tämä on arvo 0,0009396, mikä on hieman korkeampi kuin protonilla (0,0009383).

Neutroni- ja atomiytimien stabiilius

Neutronien läsnäolo atomiytimissä on erittäin tärkeää niiden stabiiliudelle ja itse atomirakenteen ja aineen olemassaolon mahdollisuudelle. Tosiasia on, että protoneilla, jotka myös muodostavat atomiytimen, on positiivinen varaus. Ja niiden lähentyminen lähietäisyyksillä vaatii valtavien energioiden kuluttamista Coulombin sähköisen hylkimisen vuoksi. Neutronien ja protonien välillä vaikuttavat ydinvoimat ovat 2-3 suuruusluokkaa vahvemmat kuin Coulombin voimat. Siksi ne pystyvät pitämään positiivisesti varautuneita hiukkasia lähietäisyyksillä. Ydinvuorovaikutukset ovat lyhyen kantaman ja ilmenevät vain ytimen koon sisällä.

Neutronien kaavaa käytetään niiden määrän selvittämiseen ytimessä. Se näyttää tältä: neutronien lukumäärä = alkuaineen atomimassa - atomiluku jaksollisessa taulukossa.

Vapaa neutroni on epävakaa hiukkanen. Sen keskimääräinen käyttöikä on 15 minuuttia, minkä jälkeen se hajoaa kolmeen hiukkaseen:

• elektroni;
• protoni;
• antineutrino.

Edellytykset neutronin löytämiselle

Neutronin teoreettista olemassaoloa fysiikassa ehdotti jo vuonna 1920 Ernest Rutherford, joka yritti selittää, miksi atomiytimet eivät hajoa protonien sähkömagneettisen hylkimisen vuoksi.

Jo aikaisemmin, vuonna 1909 Saksassa, Bothe ja Becker totesivat, että jos kevyitä alkuaineita, kuten berylliumia, booria tai litiumia, säteilytetään poloniumista peräisin olevilla korkeaenergisilla alfahiukkasilla, muodostuu säteilyä, joka läpäisee minkä tahansa paksuuden eri materiaalit. He olettivat tämän säteilyn olevan gamma-säteilyä, mutta millään sellaisella tuolloin tunnetulla säteilyllä ei ollut niin suurta läpäisykykyä. Bothen ja Beckerin kokeita ei tulkittu oikein.

Neutronin löytö

Englantilainen fyysikko James Chadwick havaitsi neutronin olemassaolon vuonna 1932. Hän tutki berylliumin radioaktiivista säteilyä, suoritti sarjan kokeita saadakseen tuloksia, jotka eivät olleet yhtäpitäviä fysikaalisten kaavojen ennustamien kanssa: radioaktiivisen säteilyn energia oli paljon teoreettisia arvoja korkeampi ja liikemäärän säilymislaki oli myös rikottu. Siksi oli tarpeen hyväksyä yksi hypoteeseista:

1. Tai kulmamomentti ei säily ydinprosessien aikana.
2. Joko radioaktiivinen säteily koostuu hiukkasista.

Tiedemies hylkäsi ensimmäisen oletuksen, koska se on ristiriidassa fysiikan peruslakien kanssa, joten hän hyväksyi toisen hypoteesin. Chadwick osoitti, että hänen kokeissaan säteily muodostuu nollavaraisista hiukkasista, joilla on vahva läpäisykyky. Lisäksi hän pystyi mittaamaan näiden hiukkasten massan ja havaitsi, että se on hieman suurempi kuin protoni.

Hitaat ja nopeat neutronit

Neutronin energiasta riippuen sitä kutsutaan hitaaksi (noin 0,01 MeV) tai nopeaksi (noin 1 MeV). Tämä luokittelu on tärkeä, koska osa sen ominaisuuksista riippuu neutronin nopeudesta. Erityisesti nopeat neutronit vangitsevat hyvin ytimet, mikä johtaa niiden isotooppien muodostumiseen ja aiheuttaa niiden fission. Hitaat neutronit vangitsevat huonosti lähes kaikkien materiaalien ytimet, joten ne voivat kulkea vapaasti paksujen ainekerrosten läpi.

Neutronin rooli uraaniytimen fissiossa

Jos kysyt itseltäsi, mikä neutroni on ydinvoimassa, voimme sanoa varmuudella, että tämä on keino indusoida uraaniytimen fissioprosessi, johon liittyy korkean energian vapautuminen. Tämän fissioreaktion aikana syntyy myös erinopeuksisia neutroneja. Syntyneet neutronit puolestaan ​​indusoivat muiden uraaniytimien hajoamista ja reaktio etenee ketjumaisesti.

Jos uraanin fissioreaktio on hallitsematon, se johtaa reaktiotilavuuden räjähdykseen. Tätä vaikutusta käytetään ydinpommeissa. Uraanin hallittu fissioreaktio on energianlähde ydinvoimaloissa.