Вода от чешмата 

Неутронен заряд и атомна маса. Значението на думата неутрон

Тълковен речник на руския език. Д.Н. Ушаков

неутрон

неутрон, м. (от лат. neutrum, букв. нито едното, нито другото) (физически. нов). Материална частица, влизаща в ядрото на атом, лишена от електрически заряд, е електрически неутрална.

Тълковен речник на руския език. С. И. Ожегов, Н. Ю. Шведова.

неутрон

А, м. (специален). Електрически неутрална елементарна частица с маса, почти равна на тази на протона.

прил. неутрон, th, th.

Нов обяснителен и деривационен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова.

неутрон

м. Електрически неутрална елементарна частица.

Енциклопедичен речник, 1998г

неутрон

НЕУТРОН (англ. neutron, от лат. neuter - нито едното, нито другото) (н) неутрална елементарна частица със спин 1/2 и маса, превишаваща масата на протон с 2,5 електронни маси; се отнася до бариони. В свободно състояние неутронът е нестабилен и има живот от прибл. 16 мин. Заедно с протоните неутронът образува атомни ядра; неутронът е стабилен в ядрата.

Неутрон

(англ. neutron, от лат. neuter ≈ нито едното, нито другото; символ n), неутрална (не притежаваща електрически заряд) елементарна частица със спин 1/2 (в единици от константата на Планк) и маса, малко надвишаваща масата на протон. Всички атомни ядра са изградени от протони и азот. Магнитният момент на N. е приблизително равен на два ядрени магнетона и е отрицателен, тоест е насочен срещу механичния, спинов, ъглов импулс. N. принадлежат към класа на силно взаимодействащи частици (адрони) и са включени в групата на бариони, тоест имат специална вътрешна характеристика - барионен заряд, равен, като този на протон (p), +

    Н. са открити през 1932 г. от английския физик Дж. Чадуик, който установява, че проникващата радиация, открита от немските физици В. Боте и Г. Бекер, която възниква при бомбардиране на атомни ядра (по-специално берилий) с а-частици , се състои от незаредени частици с маса близка до масата на протона.

    N. са стабилни само като част от стабилни атомни ядра. Svobodny N. ≈ нестабилна частица, разпадаща се на протон, електрон (e-) и електронно антинеутрино:

    среден живот на H. t » 16 min. В материята свободните неутрони съществуват още по-малко (в плътни вещества, единици ≈ стотици микросекунди) поради силното им поглъщане от ядрата. Следователно свободните Н. възникват в природата или се оказват в лаборатория само в резултат на ядрени реакции (вж. Неутронни източници). От своя страна свободният азот е способен да взаимодейства с атомните ядра, до най-тежките; изчезвайки, азотът предизвиква една или друга ядрена реакция, от която от особено значение е деленето на тежки ядра, както и радиационното улавяне на азота, което в някои случаи води до образуване на радиоактивни изотопи. Голямата ефективност на неутроните при осъществяване на ядрени реакции, уникалността на взаимодействието на много бавни неутрони с материята (резонансни ефекти, дифракционно разсейване в кристали и др.) правят неутроните изключително важен изследователски инструмент в ядрената физика и физиката на твърдото тяло. В практически приложения N. играят ключова роля в ядрената енергетика, производството на трансуранови елементи и радиоактивни изотопи (изкуствена радиоактивност), а също така се използват широко в химически анализ (активационен анализ) и в геоложки проучвания(неутронно каротаж).

    В зависимост от енергията на N. се приема условната им класификация: ултрастуден N. (до 10-7 eV), много студен (10-7≈10-4 eV), студен (10-4≈5 × 10-3 eV), термичен (5 ×10-3≈0,5 eV), резонансен (0,5≈104 eV), междинен (104≈105 eV), бърз (105≈108 eV), високоенергиен (108≈1010 eV) и релативистичен (³ 1010 eV); Всички неутрони с енергия до 105 eV са обединени от общото наименование бавни неутрони.

    ══За методите за регистриране на неутрони вижте Неутронни детектори.

    Основни характеристики на неутроните

    Тегло. Най-точно определената величина е разликата в масата между неутрона и протона: mn ≈ mр= (1,29344 ╠ 0,00007) MeV, измерена чрез енергийния баланс на различни ядрени реакции. От сравнение на това количество с протонната маса се оказва (в енергийни единици)

    mn = (939,5527 ╠ 0,0052) MeV;

    това съответства на mn» 1,6╥10-24g, или mn» 1840 me, където me ≈ масата на електрона.

    Завъртане и статистика.Стойността на 1/2 за спин N. се потвърждава от голям набор от факти. Спинът беше директно измерен в експерименти за разделяне на лъч от много бавни неутрони в неравномерно магнитно поле. В общия случай лъчът трябва да се раздели на 2J+ 1 отделни лъча, където J ≈ спин H. В експеримента се наблюдава разделяне на 2 лъча, което означава, че J = 1/

    Като частица с полуцело число спин, N. се подчинява на статистиката на Ферми ≈ Дирак (това е фермион); независимо, това е установено на базата на експериментални данни за структурата на атомните ядра (виж Ядрени обвивки).

    Електрическият заряд на неутрона Q = 0. Директните измервания на Q от отклонението на Н лъча в силно електрическо поле показват, че най-малко Q< 10-17e, где е ≈ элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2╥10-22е.

    Други неутронни квантови числа. По своите свойства N. е много близък до протона: n и p имат почти еднакви маси, еднакъв спин и могат взаимно да се трансформират един в друг, например в процесите на бета-разпад; те се проявяват по същия начин в процеси, причинени от силно взаимодействие, по-специално ядрените сили, действащи между двойките p≈p, n≈p и n≈n, са еднакви (ако частиците са съответно в едни и същи състояния). Такова дълбоко сходство позволява да се разглеждат неутрона и протона като една частица, нуклонът, който може да бъде разположен в две различни държави, различаващи се по електрически заряд Q. Нуклон в състояние с Q = + 1 е протон, с Q = 0 ≈ N. Съответно на нуклона се приписва (по аналогия с обичайния спин) някаква вътрешна характеристика ≈ изотоничен спин I, равно на 1/2, „проекция», която може да приеме (съгласно общите правила на квантовата механика) 2I + 1 = 2 стойности: + 1/2 и ≈1/2. По този начин n и p образуват изотопен дублет (виж Изотопна инвариантност): нуклонът в състояние с проекция на изотопния спин върху оста на квантуване + 1/2 е протон, а с проекцията ≈1/2 ≈ H. Като компоненти на изотопния дублет, N. и протонът, според съвременната систематика на елементарните частици, имат еднакви квантови числа: барионен заряд B = + 1, лептонен заряд L = 0, странност S = 0 и положителен вътрешен четност. Изотопният дублет на нуклоните е част от по-широка група от "подобни" частици ≈ т. нар. барионен октет с J = 1/2, B = 1 и положителен присъщ паритет; в допълнение към n и p, тази група включва L-, S╠-, S0-, X
    --, X0 - хиперони, които се различават от n и p по странност (виж Елементарни частици).

    Магнитният диполен момент на неутрона,определен от експерименти с ядрено-магнитен резонанс е:

    mn = ≈ (1,91315 ╠ 0,00007) мен,

    където mn=5,05×10-24erg/gs ≈ ядрен магнетон. Частица със спин 1/2, описана от уравнението на Дирак, трябва да има магнитен момент, равен на един магтон, ако е заредена, и нула, ако не е заредена. Наличието на магнитен момент в N., както и аномалната стойност на магнитния момент на протона (mp = 2,79mya), показва, че тези частици имат сложна вътрешна структура, тоест вътре в тях има електрически токове, които създават допълнителен „аномален” магнитен момент на протона е 1.79my и приблизително равен по величина и противоположен по знак на магнитния момент H. (≈1.9my) (виж по-долу).

    Електрически диполен момент.От теоретична гледна точка, електрическият диполен момент d на всяка елементарна частица трябва да бъде равен на нула, ако взаимодействията на елементарните частици са инвариантни по отношение на обръщането на времето (T-инвариантност). Търсенето на електрически диполен момент в елементарните частици е един от тестовете за това фундаментално положение на теорията, а от всички елементарни частици, N. е най-удобната частица за такива търсения. Експерименти по метода на магнитния резонанс върху лъч студен Н. показаха, че dn< 10-23см╥e. Это означает, что сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия с большой точностью Т-инвариантны.

    Неутронни взаимодействия

    Н. участват във всички известни взаимодействия на елементарни частици – силни, електромагнитни, слаби и гравитационни.

    Силно взаимодействие на неутрони. Н. и протонът участват в силни взаимодействия като компоненти на единичен изотопен дублет от нуклони. Изотопната инвариантност на силните взаимодействия води до известна връзка между характеристиките на различни процеси, включващи неутрони и протони, например ефективните напречни сечения за p+
    --мезони на N. са равни, тъй като системите p + p и pn имат еднакъв изотопен спин I = 3/2 и се различават само по стойностите на проекцията на изотопния спин I3 (I3 = + 3/2 в първия и I3 = ≈ 3/2 във втория), сеченията на разсейване за K+ върху протон и K╟ върху H са еднакви и т.н. Валидността на такива връзки е експериментално потвърдена в голям брой експерименти върху високоенергийни ускорители. [Поради липсата на мишени, състоящи се от N., данните за взаимодействието на различни нестабилни частици с N. се получават главно от експерименти за разсейване на тези частици от деутрона (d) ≈ ​​най-простото ядро, съдържащо N. ]

    При ниски енергии действителните взаимодействия на неутрони и протони със заредени частици и атомни ядра се различават значително поради наличието на електрически заряд върху протона, което определя съществуването на кулонови сили на далечни разстояния между протона и други заредени частици при такива разстояния, на които ядрените сили на къси разстояния практически отсъстват. Ако енергията на сблъсък на протон с протон или атомно ядро ​​е под височината на кулоновата бариера (която за тежките ядра е около 15 MeV), разсейването на протона възниква главно поради силите на електростатично отблъскване, които правят не позволяват на частиците да се приближават до разстояния от порядъка на радиуса на действие на ядрените сили. Липсата на електрически заряд на Н. му позволява да прониква в електронните обвивки на атомите и свободно да се приближава до атомните ядра. Точно това определя уникалната способност на неутроните с относително ниски енергии да предизвикват различни ядрени реакции, включително реакцията на делене на тежки ядра. За методи и резултати от изследвания на взаимодействието на неутроните с ядрата вижте статиите Бавни неутрони, Неутронна спектроскопия, Ядра на атомно делене, Разсейването на бавни неутрони от протони при енергии до 15 MeV е сферично симетрично в системата на центъра на инерция. Това показва, че разсейването се определя от взаимодействието n ≈ p в състояние на относително движение с орбитален ъглов момент l = 0 (т.нар. S-вълна). Разсейването в S-състоянието е специфично квантово-механично явление, което няма аналог в класическата механика. Той преобладава над разсейването в други състояния, когато дължината на вълната на де Бройл H.

    от порядъка на или по-голям от радиуса на действие на ядрените сили (≈ константа на Планк, v ≈ скорост на N.). Тъй като при енергия от 10 MeV дължината на вълната H.

    Тази особеност на разсейването на неутрони от протони при такива енергии директно дава информация за порядъка на радиуса на действие на ядрените сили. Теоретично разглеждане показва, че разсейването в S-състояние слабо зависи от детайлната форма на потенциала на взаимодействие и се описва с добра точност от два параметъра: ефективния потенциален радиус r и т.нар. дължина на разсейване a. Всъщност, за да се опише разсейването n ≈ p, броят на параметрите е два пъти по-голям, тъй като системата np може да бъде в две състояния с различни стойности на общия спин: J = 1 (триплетно състояние) и J = 0 (единично състояние). Опитът показва, че дължините на N. разсейване от протон и ефективните радиуси на взаимодействие в синглетно и триплетно състояние са различни, т.е. ядрените сили зависят от общия спин на частиците.От експериментите следва също, че свързаното състояние на системата np (деутериево ядро) може да съществува само когато общият спин е 1, докато в синглетно състояние величината на ядрените сили е недостатъчна за образуването на свързано състояние H. ≈ протон. Дължината на ядреното разсейване в синглетно състояние, определена от експерименти за разсейване на протони от протони (два протона в S-състояние, според принципа на Паули, могат да бъдат само в състояние с нулев общ спин), е равна на дължината на разсейване n≈p в синглетно състояние. Това е в съответствие с изотопната инвариантност на силните взаимодействия. Отсъствието на свързана система pr в синглетно състояние и изотопната инвариантност на ядрените сили водят до заключението, че не може да съществува свързана система от два неутрона ≈ т. нар. бинеутрон (подобно на протоните, два неутрона в S състояние трябва имат общо завъртане, равно на нула). Директни експерименти за разсейване n≈n не бяха проведени поради липсата на неутронни цели, но косвени данни (свойства на ядрата) и по-преки ≈ изследване на реакции 3H + 3H ╝ 4He + 2n, p- + d ╝ 2n + g ≈ са в съответствие с хипотезата за изотопна инвариантност на ядрените сили и отсъствието на бинеутрон. [Ако имаше бинеутрон, тогава в тези реакции пикове биха се наблюдавали при добре дефинирани енергии в енергийните разпределения на a-частиците (ядра 4He) и g-квантите, съответно.] Въпреки че ядреното взаимодействие в синглетно състояние не е достатъчно силен, за да образува бинеутрон, това не елиминира възможността за образуване на свързана система, състояща се само от голям брой неутронни ядра. Този въпрос изисква допълнително теоретично и експериментално проучване. Опитите да се открият експериментално ядра от три или четири ядра, както и ядра 4H, 5H и 6H, все още не са дали положителен резултат, Въпреки липсата на последователна теория за силните взаимодействия, на базата на редица съществуващи идеи е възможно качествено да се разберат някои закономерности на силните взаимодействия и структурата на H. Според тези идеи силното взаимодействие между H. и други адрони (например протонът) се осъществява чрез обмен на виртуални адрони (вижте Виртуални частици) ≈ p-мезони, r-мезони и т.н. Такъв модел на взаимодействие обяснява близката природа на ядрените сили, радиуса от които се определя от дължината на вълната на Комптън на най-лекия адрон ≈ p-мезони (равна на 1,4 × 10-13 cm). В същото време се посочва възможността за виртуална трансформация на N. в други адрони, например процесът на излъчване и поглъщане на p-мезон: n ╝ p + p- ╝ n. Интензитетът на силните взаимодействия, известен от опит, е такъв, че Н. трябва да прекарва по-голямата част от времето си в този вид „дисоциирани“ състояния, бидейки като че ли в „облак“ от виртуални p-мезони и други адрони. Това води до пространствено разпределение на електрическия заряд и магнитния момент вътре в N., чиито физически размери се определят от размерите на "облака" от виртуални частици (вижте също Форм фактор). По-специално, оказва се, че е възможно качествено да се интерпретира гореспоменатото приблизително равенство в абсолютната стойност на аномалните магнитни моменти на неутрона и протона, ако приемем, че магнитният момент на неутрона се създава от орбиталното движение на заредена п
    --мезони, излъчвани на практика в процеса n ╝ p + p- ╝ n, и аномалния магнитен момент на протона ≈ от орбиталното движение на виртуалния облак от p+-мезони, създаден от процеса p ╝ n + p+ ╝ p.

    Електромагнитни взаимодействия на неутрона.Електромагнитните свойства на N. се определят от наличието на магнитен момент в него, както и от разпределението на положителни и отрицателни заряди и токове, съществуващи вътре в N.. Всички тези характеристики, както следва от предходната, са свързани с участието на Н. в силно взаимодействие, което определя неговата структура. Магнитният момент на N. определя поведението на N. във външни електромагнитни полета: разделянето на N. лъча в нехомогенно магнитно поле, прецесията на N. спиновите кванти (фотопроизводство на мезони). Електромагнитните взаимодействия на неутроните с електронните обвивки на атомите и атомните ядра водят до редица явления, които са важни за изследване на структурата на материята. Взаимодействие на магнитния момент на Н. с магнитните моменти електронни обвивкиатоми се проявява значително за N., чиято дължина на вълната е от порядъка на или по-голяма от атомните размери (енергия E< 10 эв), и широко используется для исследования магнитной структуры и элементарных возбуждений (спиновых волн) магнитоупорядоченных кристаллов (см. Нейтронография). Интерференция с ядерным рассеянием позволяет получать пучки поляризованных медленных Н. (см. Поляризованные нейтроны).

    Взаимодействието на магнитния момент на Н. с електрическото поле на ядрото предизвиква специфично разсейване на Н., което за първи път е посочено от американския физик Дж. Швингер и затова е наречено „Швингер”. Общото напречно сечение за това разсейване е малко, но при малки ъгли (~ 3╟) става сравнимо с напречното сечение за ядрено разсейване; Н. разпръснати под такива ъгли са силно поляризирани.

    Взаимодействието на N. ≈ електрон (n≈e), което не е свързано с присъщия или орбитален импулс на електрона, се свежда главно до взаимодействието на магнитния момент на N. с електрическото поле на електрона. Друг, очевидно по-малък, принос към (n≈e) взаимодействието може да се дължи на разпределението на електрическите заряди и токове вътре в H. Въпреки че (n≈e) взаимодействието е много малко, то е наблюдавано в няколко експеримента.

    Слабо неутронно взаимодействиесе проявява в процеси като разпадането на N.:

    улавяне на електрон антинеутрино от протон:

    и мюонно неутрино (nm) от неутрон: nm + n ╝ p + m-, ядрено улавяне на мюони: m- + p ╝ n + nm, разпадане на странни частици, например L ╝ p╟ + n и т.н.

    Гравитационно взаимодействие на неутрон. N. е единствената елементарна частица с маса на покой, за която е наблюдавано директно гравитационно взаимодействие, т.е. кривината на траекторията на добре колилиран лъч студен N. в гравитационното поле на Земята. Измереното гравитационно ускорение на N., в границите на експерименталната точност, съвпада с гравитационното ускорение на макроскопичните тела.

    Неутрони във Вселената и околоземното пространство

    Въпросът за количеството неутрони във Вселената в ранните етапи на нейното разширяване играе важна роля в космологията. Според модела на горещата Вселена (виж Космологията), значителна част от първоначално съществуващите свободни неутрони имат време да се разпаднат по време на разширяване. Частта от неутрона, която се улавя от протоните, в крайна сметка трябва да доведе до приблизително 30% съдържание на He ядрата и 70% съдържание на протони. Експерименталното определяне на процентния състав на He във Вселената е един от критичните тестове на модела на горещата Вселена.

    Еволюцията на звездите в някои случаи води до образуването на неутронни звезди, които включват по-специално така наречените пулсари.

    В основния компонент на космическите лъчи неутроните отсъстват поради тяхната нестабилност. Въпреки това, взаимодействията на частиците на космическите лъчи с ядрата на атомите в земната атмосфера водят до генериране на неутрони в атмосферата. Реакцията 14N(n, p)14C, предизвикана от тези N., е основният източник на радиоактивния въглероден изотоп 14C в атмосферата, откъдето той навлиза в живите организми; радиовъглеродният метод на геохронологията се основава на определяне на съдържанието на 14С в органичните останки. Разпадът на бавни неутрони, дифундиращи от атмосферата в космическото пространство, е един от основните източници на електрони, които запълват вътрешната област на радиационния пояс на Земята.

    Бомбардиране на уранови ядра неутрониберилиевата пръчка отнема много повече енергия, отколкото е била освободена по време на първичното делене.

    Следователно, за работата на реактора беше необходимо всеки атом да се раздели неутрони

    Следователно, за работата на реактора беше необходимо всеки атом да се раздели неутрониберилиев прът, от своя страна предизвика разцепването на други атоми.

    добър източник неутронибеше достъпна дори за бедна лаборатория: малко радий и няколко грама берилиев прах.

    Същото количество може да се получи в циклотрон за два дни, ако се използва неутрони, нокаутиран от ускорени деутрони от берилиева мишена.

    Тогава беше възможно да се покаже, че берилиевата радиация всъщност се състои от гама лъчи и поток неутрони.

    Виждате ли, оригиналният поток неутронище бъде просто сферично разширение от първичната експлозия, но берилият ще го улови “, обясни Фром, застанал до Куати.

    Ад, акаша, алкохолизъм, ангел, антиматерия, антигравитация, антифотон, астения, астрология, атом, Армагедон, аура, автогенна тренировка, delirium tremens, безсъние, безстрастност, Бог, божествен, божествен път, будизъм, буди, бъдеще, бъдеще на вселената, бъдеще слънчева система, вакуум, Велик обет, вещество, виртуално, влияние върху съдбата, извънземна цивилизация, Вселена, глобален потоп, въплъщение, време, Висш разум, Висше знание, галактика, геоложки периоди, Хермес Трисмегист, хиперон, хипноза, мозък, хороскоп, гравитационни вълни , гравитация, гуна, дао, двойно, деперсонализация, масов дефект, демон, дзен будизъм, добро зло, ДНК, древно знание, континентален дрейф, дух, душа, дхяна, дявол, теория на единното поле, живот, психично заболяване, живот на поколение, звезда, земен живот, знание за бъдещето, знание, зомбита, зомбиране, промяна на съдбата, променени състояния на съзнанието, измерване на материята, Emerald Tablet, имунната система, инстинкт, интелект, интуиция, леко огъване, е

    Към пръчка от борен карбид, силно абсорбираща неутрони, окачен графитен изместител с дължина 4,5м.

    Смяна на тези стълбове с графитен изместител, който абсорбира по-малко неутронии създава локален реактор.

    Минимален размер Минималният размер на живо инертно естествено тяло на естествено тяло се определя от дисперсията се определя от дишането, материя-енергия - атом, предимно газов електрон, корпускул, биогенна миграция на атоми неутрони т.н.

    Идеята за дългоживеещо сложно ядро ​​позволи на Бор да предвиди това дори много бавно неутрони.

    Структурната разлика между тях се свежда до броя на протоните, включени в тях, неутрони, мезони и електрони, но всяко ново допълнение към системата на двойка протон-електрон рязко променя функционалните свойства на цялата агрегатна единица като цяло и това е ясно потвърждение за регулирането на броя на fnl.

    Реакторът RBMK-1000 е реактор от канален тип, модератор неутрони- графит, охлаждаща течност - обикновена вода.

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 форми на една частица – нуклон.

Неутронът присъства в състава на ядрата на атомите за всеки химичен елемент, единственото изключение е водородният атом, чието ядро ​​е единичен 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=mc 2 , 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 да обясни по този начин защо атомните ядра не 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 тези, предвидени от физическите формули: енергията на радиоактивното излъчване далеч надхвърля теоретичните стойности, а законът за запазване на импулса също е 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 ефектизползвани в ядрени бомби. Контролираната реакция на делене на урана е източник на енергия в атомните електроцентрали.

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 (ето елементарния 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 другите 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, което води 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 представляваше търсенето на диполния електрически 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 притежават много бавните 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. С помощта на магнитни полета със специална конфигурация ултрастудените неутрони се изолират от поглъщащите 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 кристалите и пр. Поради тези особености неутроните намират широко приложение в ядрената физика и физиката на твърдото тяло. Те играят важна роля в ядрената енергетика, в производството на трансуранови елементи и радиоактивни изотопи, практическа употребав химичен анализ и в геоложки проучвания.