NEUTRON
Neutronas

Neutronas- neutrali dalelė, priklausanti barionų klasei. Kartu su protonu neutronas sudaro atominius branduolius. Neutronų masė yra mn = 938,57 MeV / s 2 ≈ 1,675 · 10 -24 g. Neutrono, kaip ir protono, sukimasis yra 1/2 ir jis yra fermionas. Jis taip pat turi magnetinį momentą μ n = - 1,91 μ N, kur μ N = е ћ / 2m рс - branduolinis magnetonas (m р - protonų masė, naudojama Gauso vienetų sistema). Neutrono dydis yra apie 10 -13 cm.Jis susideda iš trijų kvarkų: vieno u-kvarko ir dviejų d-kvarkų, t.y. jo kvarko struktūra yra udd.
Neutronas, būdamas barionu, turi bariono skaičių B = +1. Neutronas laisvoje būsenoje yra nestabilus. Kadangi jis yra šiek tiek sunkesnis už protoną (0,14%), jis suyra, kai galutinėje būsenoje susidaro protonas. Šiuo atveju barionų skaičiaus išsaugojimo įstatymas nepažeidžiamas, nes protono barionų skaičius taip pat yra +1. Dėl šio skilimo taip pat susidaro elektronas e - ir elektronas antineutrino e. Skilimas atsiranda dėl silpnos sąveikos.

Skilimo schema n → p + e - + e.

Laisvojo neutrono tarnavimo laikas yra τ n ≈ 890 sek. Atominiame branduolyje neutronas gali būti toks pat stabilus kaip protonas.
Neutronas, būdamas hadronu, dalyvauja stiprioje sąveikoje.
Neutroną 1932 metais atrado J. Chadwickas.

Kas yra neutronas fizikoje. Jo stiprumas, taip pat svarbus vaidmuo atomo branduolio stabilume. Neutrono atradimo istorija. Greito ir lėto neutrono savybės ...

Kas yra neutronas fizikoje: struktūra, savybės ir naudojimas

Iš „Masterweb“

Kas yra neutronas? Šis klausimas dažniausiai kyla tarp žmonių, kurie neužsiima branduoline fizika, nes po neutronu jie reiškia elementarią dalelę, kuri neturi elektros krūvio ir kurios masė yra 1838,4 karto didesnė už elektroninę. Kartu su protonu, kurio masė yra šiek tiek mažesnė už neutrono masę, jis yra atominio branduolio „statybinė medžiaga“. Pradinėje dalelių fizikoje neutronas ir protonas yra laikomi dviem skirtingomis vienos dalelės formomis - nukleonu.

Neutrono sandara

Kiekvieno cheminio elemento atomų branduolių sudėtyje yra neutronų, vienintelė išimtis yra vandenilio atomas, kurio branduolys yra vienas protonas. Kas yra neutronas, kokia jo struktūra? Nors ji vadinama elementaria branduolio „plyta“, ji vis tiek turi savo vidinę struktūrą. Visų pirma, jis priklauso barionų šeimai ir susideda iš trijų kvarkų, iš kurių du yra žemesnio tipo kvarkai, o vienas yra aukštesnio tipo. Visi kvarkai turi dalinį elektros krūvį: viršutinis yra teigiamai įkrautas (+2/3 elektronų krūvio), o apatinis neigiamas (-1/3 elektronų krūvio). Štai kodėl neutronas neturi elektros krūvio, nes jį tiesiog kompensuoja sudedamieji kvarkai. Tačiau neutrono magnetinis momentas nėra lygus nuliui.

Neutrono sudėtyje, kurios apibrėžimas buvo pateiktas aukščiau, kiekvienas kvarkas yra sujungtas su likusia dalimi, naudojant gluono lauką. Gluonas yra dalelė, atsakinga už branduolinių jėgų formavimąsi.

Be masės kilogramais ir atominės masės vienetų, branduolinėje fizikoje dalelės masė taip pat aprašyta GeV (gigaelektronvoltai). Tai tapo įmanoma po to, kai Einšteinas atrado savo garsiąją lygtį E = mc2, kuri sieja energiją su mase. Kas yra „GeV“ neutronas? Tai yra 0,0009396 vertė, kuri yra šiek tiek didesnė nei protono (0,0009383).

Neutronų ir atominių branduolių stabilumas

Neutronų buvimas atominiuose branduoliuose yra labai svarbus jų stabilumui ir galimybei egzistuoti pačiai atominei struktūrai ir visai materijai. Faktas yra tas, kad protonai, kurie taip pat sudaro atominį branduolį, turi teigiamą krūvį. O jų suartėjimas artimais atstumais reikalauja milžiniškų energijos sąnaudų dėl Kulono elektrinio atstūmimo. Branduolinės jėgos, veikiančios tarp neutronų ir protonų, yra 2–3 kartus stipresnės už Kulono jėgas. Todėl jie sugeba išlaikyti teigiamai įkrautas daleles artimais atstumais. Branduolinė sąveika yra trumpo nuotolio ir pasireiškia tik branduolio dydžio ribose.

Neutronų formulė naudojama jų kiekiui branduolyje rasti. Tai atrodo taip: neutronų skaičius = elemento atominė masė - atominis skaičius periodinėje lentelėje.

Laisvas neutronas yra nestabili dalelė. Vidutinis jo tarnavimo laikas yra 15 minučių, po kurio jis suskaidomas į tris daleles:

• elektronas;
• protonas;
• antineutrinas.

Būtinos neutrono atradimo sąlygos

Teorinį neutrono egzistavimą fizikoje dar 1920 metais pasiūlė Ernestas Rutherfordas, kuris taip bandė paaiškinti, kodėl atominiai branduoliai nesubyra dėl elektromagnetinio protonų atstūmimo.

Dar anksčiau, 1909 m. Vokietijoje, Bothe ir Becker nustatė, kad jei šviesos elementai, tokie kaip berilis, boras ar ličio, yra apšvitinami didelės energijos alfa dalelėmis iš polonio, tada susidaro spinduliuotė, kuri praeina per bet kokio storio įvairias medžiagas. Jie manė, kad ši spinduliuotė yra gama, tačiau nė viena tuo metu žinoma spinduliuotė neturėjo tokios didelės skvarbios galios. Bothe ir Becker eksperimentai nebuvo tinkamai interpretuoti.

Neutrono atradimas

Neutrono egzistavimą atrado anglų fizikas Jamesas Chadwickas 1932 m. Jis studijavo berilio radioaktyviąją spinduliuotę, atliko keletą eksperimentų, gaudamas rezultatus, kurie nesutapo su numatytais pagal fizines formules: radioaktyviosios spinduliuotės energija buvo daug didesnė už teorines vertes, o impulsų išsaugojimo dėsnis taip pat pažeistas. Todėl reikėjo priimti vieną iš hipotezių:

1. Arba kampinis impulsas neišsaugomas branduolinių procesų metu.
2. Arba radioaktyviąją spinduliuotę sudaro dalelės.

Mokslininkas atmetė pirmąją prielaidą, nes ji prieštarauja pagrindiniams fiziniams įstatymams, todėl priėmė antrąją hipotezę. Chadwickas parodė, kad jo eksperimentuose spinduliuotę sudaro dalelės su nuliniu krūviu, turinčios stiprų įsiskverbimo gebėjimą. Be to, jis sugebėjo išmatuoti šių dalelių masę ir nustatė, kad ji yra šiek tiek didesnė nei protono.

Lėti ir greiti neutronai

Priklausomai nuo neutrono turimos energijos, jis vadinamas lėtu (apie 0,01 MeV) arba greitu (apie 1 MeV). Ši klasifikacija yra svarbi, nes kai kurios jo savybės priklauso nuo neutrono greičio. Visų pirma, greitus neutronus gerai užfiksuoja branduoliai, todėl susidaro jų izotopai ir atsiranda jų skilimas. Lėtus neutronus blogai fiksuoja beveik visų medžiagų branduoliai, todėl jie gali laisvai praeiti per storus materijos sluoksnius.

Neutrono vaidmuo dalijantis urano branduoliui

Jei paklaustumėte savęs, kas yra neutronas branduolinėje energetikoje, galime drąsiai teigti, kad tai yra priemonė, skatinanti urano branduolio skilimo procesą, lydimą didelės energijos išsiskyrimo. Šios skilimo reakcijos metu taip pat susidaro įvairaus greičio neutronai. Savo ruožtu susidarę neutronai sukelia kitų urano branduolių irimą, o reakcija vyksta grandine.

Jei urano skilimo reakcija yra nekontroliuojama, tai gali sukelti reakcijos tūrio sprogimą. Šis efektas naudojamas branduolinėse bombose. Kontroliuojama urano dalijimosi reakcija yra energijos šaltinis atominėse elektrinėse.

Kijevo gatvė, 16 0016 Armėnija, Jerevanas +374 11 233 255

Neutronas (Anglų neutronas, iš lotynų kalbos neuter - nei vienas, nei kitas; simbolis n)

neutrali (neturinti elektros krūvio) elementarioji dalelė, kurios sukimasis yra 1/2 (Planko konstantos vienetais) ħ ), o masė šiek tiek viršija protonų masę. Visi atominiai branduoliai yra pagaminti iš protonų ir N. (Žr. Atominis branduolys). N. N. priklauso stipriai sąveikaujančių dalelių (hadronų) klasei ir priklauso barionų grupei, tai yra, jie turi ypatingą vidinę savybę - bariono krūvį. , lygus protonui (p), + 1. N. 1932 metais atrado anglų fizikas J. Chadwickas , kuris nustatė, kad vokiečių fizikų W. Bothe ir G. Becker atrasta skvarbioji spinduliuotė, atsirandanti bombarduojant atominius branduolius (ypač berilį) α dalelėmis, susideda iš neįkrautų dalelių, kurių masė artima a protonas.

N. yra stabilūs tik stabilių atominių branduolių sudėtyje. Laisvasis N. yra nestabili dalelė, kuri skyla į protoną, elektroną (e -) ir elektroną antineutriną

vidutinis N. τ ≈ 16 tarnavimo laikas min. Medžiagoje laisvos N. egzistuoja dar mažiau (tankiose medžiagose, vienetuose - šimtai μsec), nes jie stipriai absorbuojami branduoliuose. Todėl laisvos N. atsiranda gamtoje arba yra gaunamos laboratorijoje tik dėl branduolinių reakcijų (žr.) . Savo ruožtu laisvas N. gali sąveikauti su atominiais branduoliais, iki sunkiausių; nykstant, N. sukelia vienokią ar kitokią branduolinę reakciją, iš kurios ypač svarbus yra sunkiųjų branduolių skilimas, taip pat N. spinduliuotės fiksavimą, dėl kurio kai kuriais atvejais susidaro radioaktyvieji izotopai. Didelis N. efektyvumas vykdant branduolines reakcijas ir labai lėto N. sąveikos su medžiaga ypatumai (rezonanso efektai, difrakcijos sklaida kristaluose ir kt.) Daro N. itin svarbiu branduolinių ir kietųjų valstybinė fizika. Praktiškai neutronai atlieka pagrindinį vaidmenį branduolinėje energetikoje (žr. Branduolinė energija) gaminant transurano elementus ir radioaktyviuosius izotopus (dirbtinis radioaktyvumas), taip pat plačiai naudojami cheminėje analizėje (aktyvinimo analizė) ir geologiniuose tyrinėjimuose (neutronų registravimas) ).

Priklausomai nuo N. energijos, taikoma jų sąlyginė klasifikacija: ypač šalta N. (iki 10 -7 ev), labai šalta (10-7-10-10 eV), šalta (10-4-5․10 -3 ev), šiluminis (5–10 -3 -0,5 eV), rezonansinis (0,5–10 4 ev), tarpinis (10 4-10 ev), greitai (10 5-10) ev), didelės energijos (10 8-10 10 ev) ir reliatyvistinis (≥ 10 10 eV); visi N. turintys energijos iki 10 5 ev yra sujungti bendru pavadinimu „Lėti neutronai“.

Pagrindinės neutronų savybės

Svoris... Tiksliausiai nustatytas kiekis yra skirtumas tarp N. ir protono masių: m n - m p= (1.29344 ± 0.00007) Mev, matuojamas įvairių branduolinių reakcijų energijos balansu. Palyginus šį kiekį su protono mase, jis gaunamas (energijos vienetais)

m n= (939,5527 ± 0,0052) Mev;

tai atitinka m n≈ 1,6 · 10 -24 G, arba m n≈ 1840 m e, kur m e - elektrono masė.

Sukimasis ir statistika. 1/2 vertę N. sukimui patvirtina daugybė faktų. Sukimasis buvo tiesiogiai matuojamas atliekant eksperimentus su labai lėtų neutronų pluošto padalijimu į nevienalytį magnetinį lauką. Paprastai spindulys turi būti padalintas į 2 J+ 1 atskira sija, kur J- sukimas N. Eksperimente buvo pastebėtas skilimas į 2 sijas, iš to išplaukia J= 1/2. Kaip dalelė su pusiau sveika nugara, N. paklūsta Fermi-Dirac statistikai (žr. Fermi-Dirac statistiką) (tai yra fermionas); nepriklausomai tai buvo nustatyta remiantis eksperimentiniais duomenimis apie atominių branduolių struktūrą (žr. Branduoliniai apvalkalai).

Elektrinis neutrono krūvis Q= 0. Tiesioginiai matavimai Q N. spindulio nukrypimas stipriame elektriniame lauke rodo, kad bent jau Q e, kur e - elementarus elektros krūvis, o netiesioginiai matavimai (pagrįsti makroskopinių dujų tūrio elektriniu neutralumu) suteikia įvertinimą Q e.

Kiti neutronų kvantiniai skaičiai... Savo savybėmis N. yra labai arti protono: n ir p turi beveik vienodas mases, tą patį sukimąsi ir gali tarpusavyje transformuotis viena į kitą, pavyzdžiui, beta skilimo procesuose a ; jie vienodai pasireiškia procesuose, kuriuos sukelia stipri sąveika (žr. „Stipri sąveika“), ypač branduolinės jėgos , veikiantys tarp p-p, n-p ir n-n porų, yra vienodi (jei dalelės atitinkamai yra tose pačiose būsenose). Toks gilus panašumas leidžia N. ir protoną laikyti viena dalele - nukleonu, kuris gali būti dviejų skirtingų būsenų, besiskiriančių elektros krūviu Q. Branduolys būsenoje su Q= + 1 yra protonas, su Q = 0 - H. Atitinkamai nukleonui priskiriama (pagal analogiją su įprastu sukimu) tam tikra vidinė savybė - izotoninis sukimasis Aš lygus 1/2, kurio „projekcija“ gali užtrukti (pagal bendrąsias kvantinės mechanikos taisykles) 2 Aš+ 1 = 2 vertės: + 1/2 ir - 1/2. Taigi n ir p sudaro izotopinį dubletą (žr. Izotopo invarianciją) : nukleonas, kurio būsena yra su izotopinio sukimosi projekcija į kvantavimo ašį + 1/2, yra protonas, o projekcija - 1/2 - H. Kaip izotopinio dubleto komponentai, N. ir protonas, pagal prie šiuolaikinės elementariųjų dalelių sistematikos, turi tuos pačius kvantinius skaičius: bariono krūvis V= + 1, Leptono užtaisas L = 0, Keistumas S= 0 ir teigiamas vidinis paritetas. Izotopinis nukleonų dubletas yra platesnės „panašių“ dalelių grupės dalis - vadinamasis baronų oktetas J = 1 / 2 ,V= 1 ir teigiamas vidinis paritetas; be n ir p, šiai grupei priklauso Λ -, Σ ± -, Σ 0 -, Ξ - -, Ξ 0 - Hiperonai , keistumu skiriasi nuo n ir p (žr. Elementariosios dalelės).

Magnetinis neutrono dipolio momentas, nustatomas pagal eksperimentus su branduoliniu magnetiniu rezonansu, yra lygus:

μ n = - (1,91315 ± 0,00007) μ i,

kur μ i = 5,05․10 -24 erg / gs - branduolinis magnetonas. Dalelė su nugara 1/2, aprašyta Diraco lygtyje m , magnetinis momentas turi būti lygus vienam magnetonui, jei jis yra įkrautas, ir nuliui, jei jis nėra įkrautas. Magnetinio momento buvimas N., taip pat nenormalus protono magnetinio momento dydis (μ p = 2,79 μ I) rodo, kad šios dalelės turi sudėtingą vidinę struktūrą, tai yra, viduje yra elektros srovės jie sukuria papildomą „nenormalų“ protono magnetinį momentą 1,79μ I ir yra maždaug vienodo dydžio ir priešingas ženklo magnetiniam momentui H. (-1,9μ I) (žr. žemiau).

Elektrinis dipolio momentas. Teoriniu požiūriu elektrinis dipolio momentas d bet kuri elementarioji dalelė turi būti lygi nuliui, jei elementariųjų dalelių sąveika yra nekintama laiko pasikeitimo atžvilgiu (žr. Laiko pasikeitimas) (T-invariancija). Elementariųjų dalelių elektrinio dipolio momento paieškos yra vienas iš šios pagrindinės teorijos pozicijos išbandymų, o visų elementariųjų dalelių N. yra patogiausia dalelė tokioms paieškoms. Eksperimentai, naudojant magnetinio rezonanso metodą ant šalto neutronų pluošto, parodė d n cm e. tai reiškia, kad stipri, elektromagnetinė ir silpna sąveika labai tiksliai T-nekintamas.

Neutronų sąveika

N. dalyvauja visose žinomose elementariųjų dalelių sąveikose - stiprių, elektromagnetinių, silpnų ir gravitacinių.

Stipri neutronų sąveika... N. ir protonas dalyvauja stiprioje sąveikoje kaip vieno izotopinio nukleonų dubleto komponentai. Stiprios sąveikos izotopinis nekintamumas lemia tam tikrą ryšį tarp įvairių procesų, kuriuose dalyvauja protonas ir protonas, charakteristikų, pavyzdžiui, efektyvieji skerspjūviai, sklaidantys π + mezoną ant protono ir π - mezonas protone yra lygūs, nes sistemos π + p ir π - n turi tą patį izotopinį sukimąsi Aš= 3/2 ir skiriasi tik izotopinės sukimosi projekcijos reikšmėmis Aš 3 (Aš 3 = + 3/2 pirmajame ir Aš 3 = - 3/2 antraisiais atvejais), tie patys skerspjūviai, skirti K + išsklaidymui protonu, o K ° - H ir kt. Šio tipo santykių pagrįstumas buvo eksperimentiškai patikrintas atliekant daugybę eksperimentų su didelės energijos greitintuvais. [Kadangi nėra tikslų, susidedančių iš N., duomenys apie įvairių nestabilių dalelių sąveiką su N. daugiausia išgaunami iš eksperimentų dėl šių dalelių sklaidos deuterone (d), paprasčiausiame branduolyje, kuriame yra N.]

Esant mažai energijai, faktinė neutronų ir protonų sąveika su įkrautomis dalelėmis ir atominiais branduoliais labai skiriasi dėl to, kad protone yra elektros krūvis, dėl kurio tolimojo nuotolio Kulono jėgos egzistuoja tarp protono ir kitų įkrautų dalelių kuriai artimo nuotolio branduolinių pajėgų praktiškai nėra. Jei protono susidūrimo su protonu ar atominiu branduoliu energija yra mažesnė už Kulono barjero aukštį (kuris sunkiems branduoliams yra apie 15 Mev), protonas išsisklaido daugiausia dėl elektrostatinio atstūmimo jėgų, kurios neleidžia dalelėms priartėti prie branduolinių jėgų veikimo spindulio eilės atstumų. Elektros krūvio nebuvimas N. leidžia jam prasiskverbti pro atomų elektronų apvalkalus ir laisvai priartėti prie atominių branduolių. Būtent tai lemia unikalų palyginti mažos energijos N. sugebėjimą sukelti įvairias branduolines reakcijas, įskaitant sunkiųjų branduolių skilimo reakciją. N. sąveikos su branduoliais tyrimų metodus ir rezultatus rasite straipsniuose Lėti neutronai, Neutronų spektroskopija, Branduolinis atominis skilimas , Lėtų neutronų sklaida protonais esant energijai iki 15 Mev sferiškai simetriškas masės sistemos centre. Tai rodo, kad sklaidą lemia sąveika n - p santykinio judėjimo būsenoje su orbitos kampiniu impulsu l= 0 (vadinamasis S-banga). Išsklaidymas S-valstybė yra specifinis kvantinis mechaninis reiškinys, neturintis analogo klasikinėje mechanikoje. Kitose valstijose jis viršija sklaidą, kai de Broglie bangos ilgis H.

branduolinių pajėgų veikimo spindulio dydžio ar daugiau ( ħ - Planko konstanta, v - N. greitis). Kadangi esant 10 energijos Mev bangos ilgis N.

Ši neutronų išsklaidymo protonais prie tokios energijos savybė tiesiogiai suteikia informacijos apie branduolinių jėgų veikimo spindulio dydį. Teorinis svarstymas rodo, kad išsklaidymas S-būsena silpnai priklauso nuo išsamios sąveikos potencialo formos ir yra tiksliai apibūdinama dviem parametrais: faktiniu potencialo spinduliu r ir vadinamasis sklaidos ilgis a... Tiesą sakant, norint apibūdinti n - p sklaidą, parametrų skaičius yra dvigubai didesnis, nes np sistema gali būti dviejų būsenų, turinčių skirtingas viso sukimosi vertes: J= 1 (tripleto būsena) ir J= 0 (singletinė būsena). Patirtis rodo, kad vandenilio protono sklaidos ilgiai ir veiksmingos sąveikos spinduliai singleto ir tripleto būsenose yra skirtingi, ty branduolinės jėgos priklauso nuo bendro dalelių sukimosi. Iš eksperimentų taip pat matyti, kad np surištoji būsena sistema (deuterio branduolys) gali egzistuoti tik tada, kai bendras sukimasis 1, o vienguboje būsenoje branduolinių jėgų dydis yra nepakankamas susietoji būsena N. - protonas. Branduolio sklaidos ilgis singletinėje būsenoje, nustatytas iš eksperimentų, susijusių su protonų sklaida protonais (du protonai S-valstybė, pagal Pauliaus principą y , gali būti tik būsenoje, kurios bendras sukimasis yra nulis) yra lygus sklaidos ilgiui n-p singletinėje būsenoje. Tai atitinka stiprios sąveikos izotopinį nekintamumą. Tai, kad nėra susietos sistemos pr singletinėje būsenoje ir branduolinių jėgų izotopinė invariacija, leidžia daryti išvadą, kad dviejų neutronų susieta sistema negali egzistuoti - vadinamasis bineutronas (panašiai kaip protonai, du neutronai S-valstybių bendras sukimasis turi būti lygus nuliui). Tiesioginiai nn sklaidos eksperimentai nebuvo atlikti, nes nebuvo neutronų taikinių, tačiau netiesioginiai duomenys (branduolių savybės) ir daugiau tiesioginių duomenų - reakcijų tyrimas 3 H + 3 H → 4 He + 2n, π - + d → 2n + γ - sutinka su branduolinių jėgų izotopinio nekintamumo ir bineutrono nebuvimo hipoteze. [Jei egzistavo bineutronas, tada šiose reakcijose, esant gerai apibrėžtai energijai, būtų stebimos atitinkamai a-dalelių (4 He branduoliai) ir γ-kvantų energijos pasiskirstymo smailės.] Nors branduolio sąveika singlete būsena nėra pakankamai didelė, kad susidarytų bineutronas, tai neatmeta galimybės susieti susietą sistemą, susidedančią tik iš daugybės neutronų branduolių. Ši problema reikalauja tolesnio teorinio ir eksperimentinio tyrimo. Bandymai eksperimentiškai atrasti trijų ar keturių N. pavyzdžiui, protonas) atliekamas keičiantis virtualiais hadronais (žr. „Virtualios dalelės“) - π-mezonai, ρ-mezonai ir kt. Šis sąveikos vaizdas paaiškina branduolinių jėgų trumpo nuotolio pobūdį, kurio spindulys nustatomas pagal lengviausio hadrono-π-mezono (lygus 1.4․10 -13 cm). Kartu tai nurodo galimybę virtualiai paversti N. į kitus hadronus, pavyzdžiui, π -mezono emisijos ir absorbcijos procesą: n → p + π - → n. Iš patirties žinoma stiprios sąveikos intensyvumas yra toks, kad N. turi praleisti daug laiko tokiose „atsiribojusiose“ būsenose, tarsi būdamas virtualių π-mezonų ir kitų hadronų „debesyje“. Tai lemia erdvinį elektros krūvio ir magnetinio momento pasiskirstymą N. viduje, kurio fizinius matmenis lemia virtualių dalelių „debesies“ matmenys (taip pat žr. „Form factor“). Visų pirma paaiškėja, kad galima kokybiškai interpretuoti minėtą apytikslę lygybę absoliučioje protono ir protono magnetinių momentų vertėje, jei darysime prielaidą, kad protono magnetinis momentas yra sukeltas įkrauto orbitinio judėjimo π - mezonai, praktiškai skleidžiami procese n → p + π - → n, o anomalinis protono magnetinis momentas - virto π + mezonų debesies orbitiniu judesiu, sukurtu proceso р → n + π + → p.

Neutrono elektromagnetinė sąveika. N. elektromagnetines savybes lemia magnetinio momento buvimas jame, taip pat teigiamų ir neigiamų krūvių ir srovių pasiskirstymas N .. Visos šios savybės, kaip matyti iš pirmiau minėtų dalykų, yra susijusios su N. dalyvavimu stiprioje sąveikoje, lemiančioje jos struktūrą. N. magnetinis momentas lemia N. elgesį išoriniuose elektromagnetiniuose laukuose: N. spindulio skilimas nehomogeniniame magnetiniame lauke, N. sukimosi precesija. - kvantai (mezonų fotoprodukcija). Dėl elektromagnetinės vandenilio sąveikos su atomų ir atomų branduolių elektronų apvalkalais atsiranda daugybė reiškinių, svarbių tiriant medžiagos struktūrą. N. magnetinio momento sąveika su atomų elektronų apvalkalų magnetiniais momentais žymiai pasireiškia N. E ev) , ir yra plačiai naudojamas magnetinei struktūrai ir elementariems sužadinimams (sukimosi bangoms (žr. Sukimosi bangoms)) tirti magnetiškai užsakyti kristalai (žr. Neutronų difrakcija). Dėl trukdžių branduoliniam sklaidui galima gauti poliarizuotų lėtųjų neutronų pluoštus (žr. Poliarizuoti neutronai) .

Neutrono magnetinio momento sąveika su branduolio elektriniu lauku sukelia specifinį neutrono išsisklaidymą, kurį pirmą kartą nurodė amerikiečių fizikas J. Schwingeris, todėl jis buvo pavadintas „Schwingerio“. Bendras šios sklaidos skerspjūvis yra mažas, tačiau mažais kampais (neutronas 3 °) jis tampa panašus į branduolinės sklaidos skerspjūvį; N., išsibarstę tokiais kampais, yra labai poliarizuoti.

N. - elektrono (n -e) sąveika, nesusijusi su vidiniu ar orbitiniu elektrono momentu, daugiausia sumažinama iki N. magnetinio momento sąveikos su elektrono elektriniu lauku. Kitas, matyt, mažesnis, indėlis į (n -e) sąveiką gali būti susijęs su elektros krūvių ir srovių pasiskirstymu H.

Silpna neutronų sąveika pasireiškia tokiais procesais kaip N skilimas:

ir muoninis neutrinas (ν μ) neutronas: ν μ + n → р + μ -, muonų branduolinis fiksavimas: μ - + р → n + ν μ, keistų dalelių skilimas (žr. Keistas daleles) , pvz., Λ → π ° + n ir kt.

Gravitacinė neutrono sąveika. N. yra vienintelė elementarioji dalelė, turinti ramybės masę, kurios gravitacinė sąveika buvo tiesiogiai stebima - gražiai gravitacinio lauko kreivė gerai sukietėjusio šalto N pluošto trajektorijoje. Išmatuotas N. gravitacinis pagreitis eksperimento tikslumu sutampa su makroskopinių kūnų gravitaciniu pagreičiu.

Neutronai Visatoje ir Žemės erdvėje

Klausimas apie neutronų skaičių Visatoje ankstyvosiose jo plėtimosi stadijose vaidina svarbų vaidmenį kosmologijoje. Pagal karštos Visatos modelį (žr. Kosmologija) , Didelė dalis iš pradžių egzistavusios laisvos N., plečiantis, turi laiko suirti. Dalis vandenilio, kurį sulaiko protonai, galiausiai turėtų sudaryti maždaug 30% He branduolių ir 70% - protonų. Eksperimentinis He procento nustatymas Visatoje yra vienas iš kritinių karšto Visatos modelio bandymų.

Pirminiame kosminių spindulių komponente N. dėl jų nestabilumo nėra. Tačiau dėl kosminių spindulių dalelių sąveikos su žemės atmosferos atomų branduoliais atmosferoje susidaro neutronai. Reakcija 14 N (n, p) 14 C, kurią sukelia šie N., yra pagrindinis radioaktyvaus anglies izotopo 14 C šaltinis atmosferoje, iš kurios ji patenka į gyvus organizmus; 14 C kiekis organinėse liekanose nustatomas remiantis geochronologijos radijo anglies metodu (žr. Geochronologija). Lėtų neutronų, sklindančių iš atmosferos į beveik Žemės erdvę, irimas yra vienas iš pagrindinių elektronų šaltinių, užpildančių vidinį Žemės radiacijos juostos regioną.

Lit .: Vlasov N.A., Neutronai, 2 -asis leidimas, M., 1971; Gurevičius I. I., Tarasovas L. V., Mažos energijos neutronų fizika, Maskva, 1965 m.

F. L. Šapiro, V. I. Luščikovas.

Didžioji sovietinė enciklopedija. - M.: Sovietinė enciklopedija. 1969-1978 .

Kas yra neutronas? Šis klausimas dažniausiai kyla tarp žmonių, kurie neužsiima branduoline fizika, nes po neutronu jie reiškia elementarią dalelę, kuri neturi elektros krūvio ir kurios masė yra 1838,4 karto didesnė už elektroninę. Kartu su protonu, kurio masė yra šiek tiek mažesnė už neutrono masę, jis yra atominio branduolio „statybinė medžiaga“. Pradinėje dalelių fizikoje neutronas ir protonas yra laikomi dviem skirtingomis vienos dalelės formomis - nukleonu.

Kiekvieno cheminio elemento atomų branduolių sudėtyje yra neutronų, vienintelė išimtis yra vandenilio atomas, kurio branduolys yra vienas protonas. Kas yra neutronas, kokia jo struktūra? Nors ji vadinama elementaria branduolio „plyta“, ji vis tiek turi savo vidinę struktūrą. Visų pirma, jis priklauso barionų šeimai ir susideda iš trijų kvarkų, iš kurių du yra žemesnio tipo kvarkai, o vienas yra aukštesnio tipo. Visi kvarkai turi dalinį elektros krūvį: viršutinis yra teigiamai įkrautas (+2/3 elektronų krūvio), o apatinis neigiamas (-1/3 elektronų krūvio). Štai kodėl neutronas neturi elektros krūvio, nes jį tiesiog kompensuoja sudedamieji kvarkai. Tačiau neutrono magnetinis momentas nėra lygus nuliui.

Neutrono sudėtyje, kurios apibrėžimas buvo pateiktas aukščiau, kiekvienas kvarkas yra sujungtas su likusia dalimi, naudojant gluono lauką. Gluonas yra dalelė, atsakinga už branduolinių jėgų formavimąsi.

Be masės kilogramais ir atominės masės vienetų, branduolinėje fizikoje dalelės masė taip pat aprašyta GeV (gigaelektronvoltai). Tai tapo įmanoma po to, kai Einšteinas atrado savo garsiąją lygtį E = mc 2, kuri sieja energiją su mase. Kas yra „GeV“ neutronas? Tai yra 0,0009396 vertė, kuri yra šiek tiek didesnė nei protono (0,0009383).

Neutronų ir atominių branduolių stabilumas

Neutronų buvimas atominiuose branduoliuose yra labai svarbus jų stabilumui ir galimybei egzistuoti pačiai atominei struktūrai ir visai materijai. Faktas yra tas, kad protonai, kurie taip pat sudaro atominį branduolį, turi teigiamą krūvį. O jų suartėjimas artimais atstumais reikalauja milžiniškų energijos sąnaudų dėl Kulono elektrinio atstūmimo. Branduolinės jėgos, veikiančios tarp neutronų ir protonų, yra 2–3 kartus stipresnės už Kulono jėgas. Todėl jie sugeba išlaikyti teigiamai įkrautas daleles artimais atstumais. Branduolinė sąveika yra trumpo nuotolio ir pasireiškia tik branduolio dydžio ribose.

Neutronų formulė naudojama jų kiekiui branduolyje rasti. Tai atrodo taip: neutronų skaičius = elemento atominė masė - atominis skaičius periodinėje lentelėje.

Laisvas neutronas yra nestabili dalelė. Vidutinis jo tarnavimo laikas yra 15 minučių, po kurio jis suskaidomas į tris daleles:

• elektronas;
• protonas;
• antineutrinas.

Būtinos neutrono atradimo sąlygos

Teorinį neutrono egzistavimą fizikoje dar 1920 metais pasiūlė Ernestas Rutherfordas, kuris taip bandė paaiškinti, kodėl atominiai branduoliai nesubyra dėl elektromagnetinio protonų atstūmimo.

Dar anksčiau, 1909 m. Vokietijoje, Bothe ir Becker nustatė, kad jei šviesos elementai, tokie kaip berilis, boras ar ličio, yra apšvitinami didelės energijos alfa dalelėmis iš polonio, tada susidaro spinduliuotė, kuri praeina per bet kokio storio įvairias medžiagas. Jie manė, kad ši spinduliuotė yra gama, tačiau nė viena tuo metu žinoma spinduliuotė neturėjo tokios didelės skvarbios galios. Bothe ir Becker eksperimentai nebuvo tinkamai interpretuoti.

Neutrono atradimas

Neutrono egzistavimą atrado anglų fizikas Jamesas Chadwickas 1932 m. Jis studijavo berilio radioaktyviąją spinduliuotę, atliko keletą eksperimentų, gaudamas rezultatus, kurie nesutapo su numatytais pagal fizines formules: radioaktyviosios spinduliuotės energija buvo daug didesnė už teorines vertes, o impulsų išsaugojimo dėsnis taip pat pažeistas. Todėl reikėjo priimti vieną iš hipotezių:

1. Arba kampinis impulsas neišsaugomas branduolinių procesų metu.
2. Arba radioaktyviąją spinduliuotę sudaro dalelės.

Mokslininkas atmetė pirmąją prielaidą, nes ji prieštarauja pagrindiniams fiziniams įstatymams, todėl priėmė antrąją hipotezę. Chadwickas parodė, kad jo eksperimentuose spinduliuotę sudaro dalelės su nuliniu krūviu, turinčios stiprų įsiskverbimo gebėjimą. Be to, jis sugebėjo išmatuoti šių dalelių masę ir nustatė, kad ji yra šiek tiek didesnė nei protono.

Lėti ir greiti neutronai

Priklausomai nuo neutrono turimos energijos, jis vadinamas lėtu (apie 0,01 MeV) arba greitu (apie 1 MeV). Ši klasifikacija yra svarbi, nes kai kurios jo savybės priklauso nuo neutrono greičio. Visų pirma, greitus neutronus gerai užfiksuoja branduoliai, todėl susidaro jų izotopai ir atsiranda jų skilimas. Lėtus neutronus blogai fiksuoja beveik visų medžiagų branduoliai, todėl jie gali laisvai praeiti per storus materijos sluoksnius.

Neutrono vaidmuo dalijantis urano branduoliui

Jei paklaustumėte savęs, kas yra neutronas branduolinėje energetikoje, galime drąsiai teigti, kad tai yra priemonė, skatinanti urano branduolio skilimo procesą, lydimą didelės energijos išsiskyrimo. Šios skilimo reakcijos metu taip pat susidaro įvairaus greičio neutronai. Savo ruožtu susidarę neutronai sukelia kitų urano branduolių irimą, o reakcija vyksta grandine.

Jei urano skilimo reakcija yra nekontroliuojama, tai gali sukelti reakcijos tūrio sprogimą. Šis efektas naudojamas branduolinėse bombose. Kontroliuojama urano dalijimosi reakcija yra energijos šaltinis atominėse elektrinėse.

NEUTRON

NEUTRON

(Anglų neutronas, iš lot. Neuter - nei vienas, nei kitas) (n), elektra neutralus ele. ch-tsa su sukimu 1/2 ir masė, šiek tiek didesnė už protono masę; priklauso hadronų klasei ir priklauso barionų grupei. Visi atominiai branduoliai yra sukurti iš protonų ir N .. N. atidaryta 1932 m. Anglų k. fizikas J. Chadwickas, kuris nustatė, kad jį atrado. fizikai V. Bote ir G. Becker skverbiasi, pjūvis atsiranda bombarduojant at. branduoliai su a-dalelėmis, susideda iš neįkrautų. ch-c, kurio masė artima protonui.

N. yra stabilūs tik stabilių atomų sudėtyje. šerdys. Laisvasis N.- nestabilus ch-tsa, irstantis pagal schemą: n®p + e- + v = c (beta-skilimas N.); Trečiadienis H. t = 15,3 min. Medžiagoje laisvosios N. egzistuoja dar mažiau (tankioje medžiagoje - vienetai - šimtai mikrosekundžių) dėl stiprios jų absorbcijos branduoliuose. Todėl laisvos N. atsiranda gamtoje arba laboratorijoje gaunamos tik nuodų pavidalu. reakcijos. Laisvas N., bendraudamas su. branduoliai, sukelia skilimą. ... N. didelis efektyvumas įgyvendinant nuodus. reakcijos, lėto N. poveikio unikalumas (rezonanso efektai, difrakcijos sklaida kristaluose ir kt.) daro N. nepaprastai svarbia priemone nuodų tyrimams. Fizika ir fizika tv. kūnai (žr. NEUTRONOGRAFIJA). Praktiškai N. aplikacijos atlieka pagrindinį vaidmenį nuoduose. energijos, gaminant transuraninius elementus ir radioaktyviuosius. izotopai (str.), taip pat naudojami chemijoje. analizė (aktyvinimas. analizė) ir geol. tyrinėjimas (neutronų registravimas).

Pagrindinės neutronų savybės.

Svoris. Tiksliausiai nustatomas skirtumas tarp vandenilio ir protono masių: mn - mp = 1,29344 (7) MeV, matuojamas energetine. subalansuoti balansą. I. reakcijos. Taigi (ir žinomas mp) mn = 939,5731 (27) MeV arba mn "1,675X10-24 g" 1840me (me-el-na).

Sukimasis ir statistika. Sukimasis H. J buvo matuojamas padalijant labai lėto N. spindulį į nevienalytį magnetą. ... Pagal kvantą. mechanika, sija turėtų suskaidyti į 2J + 1 det. ryšuliai. Buvo pastebėtas skaidymas į dvi sijas, t. Y. H., J = 1/2 ir N. paklūsta Fermi-Dirac statistikai (tai nepriklausomai nustatyta remiantis eksperimentiniais duomenimis apie atominių branduolių struktūrą).

Lėtų neutronų sklaida protonais esant energijai iki 15 MeV yra sferiškai simetriška masės sistemos centre. Tai rodo, kad sklaidą lemia np poveikis santykinėje būsenoje. judėjimas iš orbitų. momentas l = 0 (vadinamoji S banga). Kitose valstybėse, kai de Broglie N. ?? veikimo spindulys nuodai. pajėgos. Kadangi esant 10 MeV energijai N.? »2 10-13 cm, ši N. išsklaidymo protonais savybė tokiomis energijomis suteikia informacijos apie nuodų veikimo spindulio dydį. pajėgos. Iš mikrodalelių sklaidos teorijos išplaukia, kad sklaida S būsenoje silpnai priklauso nuo išsamios pakilimo potencialo formos ir yra gerai apibūdinama dviem parametrais: eff. potencialo spindulys r ir sklaidos ilgis a. Norint apibūdinti np sklaidą, parametrų skaičius yra dvigubai didesnis, nes sistema gali būti dviejų būsenų, turinčių skirtingas viso sukimosi vertes: 1 (tripletinė būsena) ir 0 (singletinė būsena). Patirtis rodo, kad N. sklaidos ilgiai protonu ir efekt. smūgio spinduliai singletinėje ir tripletinėje būsenose yra skirtingi, tai yra nuodai. jėgos priklauso nuo viso sukimosi ch-ch. Visų pirma, bendravimas. np sistemos būsena-deuterio branduolys gali egzistuoti tik su sukimu 1. Sklaidos ilgis singletinėje būsenoje, nustatytas pagal eksperimentus su pp-sklaida (du protonai S būsenoje, pagal Pauliaus principą, gali būti tik būsena su nuliniu bendru sukimu) yra lygi np sklaidos ilgiui singletinėje būsenoje. Tai atitinka izotopą. stiprus nekintamumas. Bendravimo trūkumas. sistemos np singletinėje būsenoje ir izotopinės. nekintamumo nuodai. jėgos leidžia daryti išvadą, kad ryšio negali būti. dviejų H sistemų - taip vadinamos. bineutronas. Tiesioginiai nn sklaidos eksperimentai nebuvo atlikti dėl to, kad nebuvo neutronų taikinių, bet netiesiogiai. duomenys (Šventųjų salų branduoliai) ir daugiau tiesioginių - reakcijų 3H + 3H®4He + 2n, p- + d®2n + g tyrimas atitinka izotopinę hipotezę. nekintamumo nuodai. pajėgos ir bineutrono nebuvimas. (Jei bineutronas egzistavo, tai šiose reakcijose, esant gana apibrėžtai energijai, būtų stebimos atitinkamų a-dalelių ir g-kvantų energijos pasiskirstymo smailės.) Nors nuodai. poveikis vienguboje būsenoje nėra pakankamai didelis, kad susidarytų bineutronas; tai neatmeta jungčių susidarymo galimybės. vien daugelio neutronų branduolių sistemos (trijų ar keturių neutronų branduoliai nerasti).

ELECTROMAGNITNOE VZ ir MODEISTv el. Šv. Va N. lemia magno buvimas. momentas, taip pat esamas viduje N. paskirstymas bus įdėti. ir paneigė. krūviai ir srovės. Magn. N. momentas lemia N. elgesį išor. el.-magn. laukai: N. spindulio skaldymas nevienodu magn. laukas, sukimosi precesija N. Int. e-magn. N. struktūra (žr. FORM FACTOR) pasireiškia didelės energijos elektronų išsibarstymu ant N. ir mezonų gamybos procesuose N. g-kvantais. Poveikis magn. akimirka N. su magn. atomų elektronų apvalkalų momentai reikšmingai pasireiškia N., de Broglie ilgis to-rykh ?? at. dydžių (? NEUTRONOGRAFIJA). Trukdžių magn. išsklaidymas branduoliniu leidžia gauti poliarizuoto lėto N. Vz-stvie magn spindulius. momentas N. su elektra. branduolio laukas sukelia specifines. N. Schwingerio sklaida (pirmą kartą nurodė amerikiečių fizikas Yu. Schwinger). Bendras išsklaidymas yra mažas, tačiau mažais kampais (= 3 °) jis tampa panašus į nuodų skerspjūvį. išsklaidymas; N., išsibarstę tokiais kampais, yra labai poliarizuoti. N. poveikis el-nom, nesusijęs su jo paties. arba orbitos. momentas el-na, sumažinamas iki pagrindinio. iki magno kilimo. N. momentas su elektrnch. elektroniniu paštu. Nors šis poveikis yra labai mažas, jį buvo galima pastebėti „Yesk“. eksperimentai.