Неутрон

Неутрон
Неутрон је грађен од једног горњег (у) кварка и двају доњих (д) кваркова. Јаку нуклеарну силу посредују глуони (валови). Јака нуклеарна сила има три врсте набоја, црвено, зелено и плаво. Имајте на уму да је избор плаве боје за горњи кварк произвољан; претпоставља се да "набој у боји" кружи између 3 кварка.
Класификација:	Барион
Композиција:	1 горњи кварк, 2 доња кварка
Честична статистика:	Фермион
Група:	Хадрон
Међудјеловање:	Гравитацијско, слабо, јако, електромагнетско
Симбол(и):	н, н0, Н0
Античестица:	Антинеутрон
Теоретизиран:	Ернест Рутхерфорд (1920.)
Откривен:	Јамес Цхадwицк (1932.)
Маса:	1,674927471(21)× −27 кг 939,5654133(58) МеВ/ц2 1,00866491588(49) у [1]
Вријеме полураспада:	881,5(15) с
Електрични набој:	0 е (−2±8)×10−22 е (ограничење покуса) [2]
Елецтриц диполе момент:	< 2,9×10−26 е⋅цм ((горња граница покуса)
Елецтрична поларизабилност:	1,16(15)×10−3 фм3
Магнетски момент:	−0,96623650(23)×10−26 Ј·Т−1 −1,04187563(25)×10−3 μБ −1,91304273(45) μН
Магнетска поларизабилност:	3,7(20)×10−4 фм3
Спин:	1⁄2
Изоспин:	-1⁄2
Паритет:	+1

У физици, неутрон је субатомска честица, симбол н или н0
, без наелектрисања и са масом од 940 МеВ/ц ² (1.6749 х 10^-27 кг, мало већом од масе протона). Његов спин је 1/2. Неутрон је саставни део језгра сваког атома осим најраспрострањенијег изотопа водоника, чије се језгро састоји само од једног протона. Како се протони и неутрони слично понашају унутар језгра, и сваки има масу од апроксимативно једне јединице атомске масе, они се називају нуклеонима.^[3] Њиова својства и интеракције описује нуклеарна физика.

Хемијска и нуклеарна својства нуклеуса су одређена бројем протона, који се назива атомски број, и бројем неутрона, званим неутронски број. Атомски масени број је укупни број нуклеона. На пример, угљеник има атомски број 6, и његов широко заступљени изотоп угљеник-12 има 6 неутрона,^[4] док његов ретки изотоп угљеник-13 има 7 неутрона. Неки елементи се јављају у природи са само једним стабилним изотопом, као што је флуор. Други елементи имају више стабилних изотопа, као што је калај са десет стабилних изотопа.

Унутар нуклеуса, протони и неутрони су међусобно везани путем нуклеарне силе. Неутрони су неопходни за стабилизацију језгра. Једини изузетак је једнопротонски атом водоника. Неутрони се изобилно формирају у нуклеарној фисији и фузији. Они су примарни доприносилац нуклеосинтези хемијских елемената унутар звезда путем фисије, фузије и процеса неутронског заробљавања.

Неутрон је есенцијалан у продукцији нуклеарног горива. У деценији након што је неутрон открио Џејмс Чедвик 1932. године,^[5] неутрони су кориштени за увођење разних типова нуклеарних трансмутација. Са открићем нуклеарне фузије 1938. године,^[6] брзо је схваћено да, ако догађај фисије производи неутроне, сваки од тих неутрона може да изазове даље догађаје фисије, итд., у каскади познатој као нуклеарна ланчана реакција.^[7] Ови догађаји и налази су довели до првог самоодрживог нуклеарног реактора (Чикашка камара-1, 1942) и првог нуклеарног оружја (Тринити, 1945).

Слободни неутрони, мада директно не јонизују атоме, узрокују јонизујућу радијацију. Као такви они могу да буду биолошки хазард, у зависности од дозе.^[7] Мали природни флукс „неутронске позадине” слободних неутрона постоји на Земљи, узрокован засипањем космичким зрачењем, и природном радиоактивношћу спонтано физионих елемената у Земљиној кори.^[8] Наменски неутронски извори као што су неутронски генератори, истраживачки реактори и спалациони извори узрокују ослобађање слободних неутрона за употребу у ирадијацији и у експериментима неутронског расејавања.

Ван језгра неутрони су нестабилни и имају време полу-распада од око 15 минута. Распадају се на протон, електрон и антинеутрино. Исти распад, бета распад, се одиграва у неким језгрима. Унутар језгра неутрон и протон разменом пиона преобраћају се један у другога. Неутрон је класификован као барион, и састоји се од два доwн кварка и једног уп кварка. Антиматеријски еквивалент неутрона је антинеутрон.^[7]

Изотопи хемијских елемента одређују се бројем неутрона у атомском језгру. На пример, изотоп угљеника, угљеник-12, ¹²C, има 6 протона и 6 неутрона, угљеник-13, ¹³C, 6 протона и 7 неутрона а угљеник-14, ¹⁴C, 6 протона и 8 неутрона.

Маса неутрона се не може директно одредити помоћу масене спектрометрије услед недостатка електричног набоја. Међутим, пошто се масе протона и деутерона могу мерити помоћу масеног спектрометра, маса неутрона се може извести путем одузимања масе протона од деутеронске масе, при чему је разлика маса неутрона плус енергија везивања деутеријума (изражена као позитивно емитована енергија). Ова каснија се може директно мерити путем мерења енергије (${\displaystyle B_{d}}$) појединачног Шаблон:ФорматтингЕррор гама фотона емитованог кад су неутрони заробљени протонима (то је егзотермни процес који се одвија са неутронима нулте енергије), плус мала количина одскочне кинетичке енергије (${\displaystyle E_{rd}}$) деутерона (око 0,06% укупне енергије).

${\displaystyle m_{n}=m_{d}-m_{p}+B_{d}-E_{rd}}$

Енергија гама зрака се може мерити са великом прецизношћу помоћу техника дифракције X-зрака, што су први пут извели Бел и Елиот 1948. године. Најбоље модерне (1986) вредности за масу неутрона помоћу ове технике су произвели Грин, ет ал.^[9] На овај начин је одређена маса неутрона од:

м_{неутрон}= Шаблон:ФорматтингЕррор

Вредност масе неутрона у МеВ је мање прецизно позната, услед мање прецизности конверзије у у МеВ:^[10]

м_{неутрон}= Шаблон:ФорматтингЕррор.

Још један метод за одређивање масе неутрона је базиран на бета распаду неутрона. У том методу се мери меменат резултирајућег протона и електрона.

Укупан електрични набој неутрона је Шаблон:ФорматтингЕррор. Ова нулта вредност је експериментално тестирана, и садашњи експериментални лимит за набој неутрона је Шаблон:ФорматтингЕррор,^[11]   или Шаблон:ФорматтингЕррор. Ова вредност је конзистентна са нулом, имајући у виду експерименталне неизвесности (наведене у заградама). У поређењу с тим, наелектрисање протона је Шаблон:ФорматтингЕррор.

Главни чланак: Неутронски магнетни моменат

Мада је неутрон неутрална честица, магнетни моменат неутрона није једнак нули. На неутрон не утичу електрична поља, али он подлеже утицају магнетних поља. Магнетни моменат неутрона је индикација његове кваркне подструктуре и унутрашње дистрибуције набоја.^[12] Вредност неутронског магнетног момента су први пут директно мерили Луис Алварез и Феликс Блох у Берклију (Калифорнија), 1940. године,^[13] користећи проширену верзију метода магнетне резонанце који је развио Раби. Алварез и Блох су одредили да је магнетни моменат неутрона μ_н= Шаблон:ФорматтингЕррор, где је μ_Н нуклеарни магнетон.

Енергија неутрона, често називана и температура неутрона, одређује кинетичку енергију слободног неутрона, обично у јединици Електронволт. Термин температура потиче од принципа на који се неутрон успорава, тј. врући, термички и хладни неутрони се модерирају у средини одређене температуре.

Са повећањем температуре, повећава се и кинетичка енергија слободног неутрона. Кинетичка енергија, брзина и таласна дужина неутрона везани су де Бројевом једначином.

• Брзи неутрони имају енергију већу од 1 еВ, 0,1 МеВ или 1 МеВ, у зависности од дефиниције.
• Спори неутрони имају енергију испод 1 еВ.
• Епитермички неутрони имају енергију између 0,025 до 1 еВ.
• Врући неутрони имају енергију око 2 еВ.
• Термички неутрони имају просечну енергију око 0,025 еВ.
• Хладни неутрони имају енергију између 5x10^-5 еВ до 0.025 еВ.
• Веома хладни неутрони имају енергију од 2x10^-7 еВ до 5x10^-5 еВ.
• Ултра хладни неутрони имају енергије мање од 2x10^-7 еВ.

Неутрон учествује у свим облицима интеракција: електромагнетној, нуклеарној слабој, нуклеарној јакој и гравитационој интеракцији.

Мада је, издалека гледано, неутрон неутрална честица у његовој унутрашњости постоји расподела позитивног и негативног наелектрисања што се испо Карактеристика неутрона која га највише разликује од осталих обичних субатомских честица је његова електронеутралност. Ово својство неутрона је одложило њихово отткривање, чини их веома продорним, чини да их није могуће директно посматрати, и чини их веома важним чиниоцима нуклеарних промена.

Када се каже детекција честице, мисли се на тражење трага јонизације али то не функционише код неутрона директно, с обзиром да спада у честице које се не могу детектовати директно. Неутрони који се у еластичном судару одбију од атом неког елемента могу да проузрокују стварање трагова јонизације који се затим детекују, али искуство показује да ови експерименти нису једноставни за извођење. Други начин детковања неутрона, који се чешће користи, је када се допусти да неутрон интерагује са језгром атома.

Детекција се састоји у трансформацији енергије ослобођене у реакцији у електрични импулс. За ову сврху су корисни елементи Хелијум-3, Литијум-6, Бор-10, Уранијум-233, Уранијум-235, Нептунијум-237 и Плутонијум-239.

Неутрон је веома важан фактор у већини нуклеарних реакција. На пример, апсорпција неутрона често доводи до неутронове активације, укључујући радиоактивност. Знања о неутронима и њиховом понашању игра битну улогу у развоју нуклеарне технологије, нуклеарних реактора и оружја.

Хладни, термални и врући неутрони односно озрачивање помоћу њих, је примењено у испитивању чврсте материју, где се користи одбијање неутрона о елементе. Неутрони могу дубински да реагују са материјом с којом долазе у додир. Брзи неутрони се користе за детекцију воде у чврстим телима. Када дође до реакције између неутрона и молекула воде, неутрон изгуби скоро целу своју енергију. Мерењем ове енергије, с којом се успорени неутрон враћа до чврсте материје након реакције са водоником, може се установити где се тачно вода налази у чврстој материји.

Изложеност неутронима може да буде хазардан тј. опасан, с обзиром да интеракицја неутрона са молекулама у организму може да доведе до разарања и оштећења молекула и атома, а такође може изазвати настанак других облика радијације. Треба, значи, избегавати излагање снопу неутрона, држати се што даље од извора неутрона, и свести излагање на минимум. Када су у питању други типови радијације, као што су алфа честице, бета честице и гама зраци, материјали са вишим атомским бројевима и већом густином су довољни да нас заштите. Обично се користи олово. Овакав приступ, наравно, не важи и за неутроне. Као што је већ напоменуто, неутрон већи део енергије губи у реакцији са водоником, па је та особина искоришћена за заштиту пред зрачењем снопом неутрона.

• Аннотатед библиограпхy фор неутронс фром тхе Алсос Дигитал Либрарy фор Нуцлеар Иссуес