Neutron
In fisika is die neutron 'n subatomiese deeltjie met geen netto elektriese lading nie en 'n massa van 939,573 eV/c2, wat dit effens swaarder as 'n proton maak. Sy spin is ½. Sy antideeltjie word die antineutron genoem. Die neutron en proton is albei voorbeelde van 'n nukleon.
| Neutron | ||
| ||
| Die kwarksamestelling van ’n neutron: een opkwark (u) en twee afkwarke (d). Die kleure van die individuele kwarke is arbitrêr, maar al drie kleure moet teenwoordig wees. | ||
| Klassifikasie | Barion | |
| Samestelling | 1 opkwark, 2 afkwarke | |
| Statistiek | Fermionies | |
| Groep | Hadron | |
| Wisselwerking | Swaartekrag, swak, sterk, elektromagneties | |
| Simbool | n, n0, N0 | |
| Antideeltjie | Antineutron | |
| Geteoretiseer | Ernest Rutherford[1] (1920) | |
| Ontdek | James Chadwick[2] (1932) | |
| Massa | =1,674927471(21)×10−27 kg[3] 939,5654133(58) MeV/c2[3] 1,00866491588(49) u[3] | |
| Gem. leeftyd | 881,5(15) s (vry) | |
| Elektriese lading | 0 e (−2±8)×10−22 e (eksperimentele limiete)[4] | |
| Dipoolmoment | < 2,9×10−26 e⋅cm (eksperimentele boonste limiet) | |
| Elektriese polariseerbaarheid | 1,16(15)×10−3 fm3 | |
| Magnetiese moment | −0,96623650(23)×10−26 J·T−1[3] −1,04187563(25)×10−3 μB[3] −1,91304273(45) μN[3] | |
| Magnetiese polariseerbaarheid | 3,7(20)×10−4 fm3 | |
| Spin | 12 | |
| Swak isospin | −12 | |
| Pariteit | +1 | |
Die kern van alle atome op een na bestaan uit een of meer protone en een of meer neutrone. Die enigste uitsondering is die mees voorkomende isotoop van waterstof, waarvan die kern slegs uit een enkele proton bestaan.
Eienskappe
wysigBuite die kern is neutrone onstabiel en het dit 'n gemiddelde leeftyd van 886 sekondes (ongeveer 15 minute), waarna dit ontbind deur 'n elektron en 'n antineutrino af te gee om 'n proton te vorm. Neutrone in hierdie onstabiele toestand staan bekend as vrye neutrone. Dieselfde vervalmetode (beta-verval) vind in sommige kerne plaas. Deeltjies binne die kern is tipies resonante tussen neutrone en protone, wat in mekaar verander deur hetsy die emissie of absorpsie van pione. Die neutron se antimaterie-eweknie is die antineutron.
Die aantal neutrone bepaal die isotoop van 'n element (die isotoop koolstof-12 het byvoorbeeld ses protone en ses neutrone, terwyl koolstof-14 ses protone en agt neutrone het). Isotope is atome van dieselfde element wat dieselfde atoomgetal het, maar verskillende massas as gevolg van die verskillende aantal neutrone in die kern.
Neutroninteraksies
wysigDie neutron se interaksie met sy omgewing vind plaas deur interaksies van al vier die basiese natuurkragte: elektromagnetisme, swak kernkrag, sterk kernkrag en swaartekrag.
Al is dit waar dat die neutron 'n netto lading van nul het, bestaan dit nogtans uit elektries gelaaide kwarke op dieselfde manier as wat 'n neutrale atoom uit protone en elektrone bestaan. Die neutron ervaar as sulks die elektromagnetiese interaksies. Die beweging van die ladings binne 'n neutron word egter nie uitgekanselleer nie en om hierdie rede het 'n neutron 'n magnetiese moment groter as nul.
Swaartekrag word dikwels nie bespreek wanneer oor neutrone gepraat word nie. Dit is omdat die interaksies van neutrone dikwels slegs op die subatomiese vlak bestudeer word. Op dié vlak is die invloed van swaartekrag so klein relatief tot die ander kragte betrokke dat dit glad nie bespeur kan word nie. Ten spyte hiervan sal 'n neutron dieselfde swaartekragversnelling as gevolg van die aarde se swaartekragveld ondergaan as 'n baksteen wat van lood gemaak is.
Gelaaide deeltjies (soos protone, elektrone of alfadeeltjies) en elektromagnetiese straling (soos gammastrale) verloor energie as hulle deur materie beweeg. Hulle oefen elektriese kragte uit wat die atome van die materiaal waardeur hulle beweeg, ioniseer. Die energie wat sodoende opgeneem word om die ionisasie te bewerkstellig is gelyk aan die energie wat deur die gelaaide deeltjie verloor word. Die deeltjie word dan vertraag of in die gammastraal geabsorbeer of verstrooi. Die neutron daarenteen het geen elektriese lading nie en veroorsaak gevolglik dus geen ionisasie nie.
Met kernkraginteraksies is dit egter 'n heel ander saak. Kernkragte speel die leidende rol wanneer neutrone deur gewone materie beweeg. Gevolglik beweeg 'n neutron onverstoord deur materie totdat dit "kop-aan-kop" met 'n atoomkern bots.
Wanneer dit gebeur, word die neutrone en teikenkern verstrooi (gedeflekteer of vertraag), geabsorbeer of in iets heel anders verander. In die geval van die reaksie n + 3He → 1H + 3H (n:neutron; 3He: kern wat bestaan uit twee protone en twee neutrone; 3H: kern wat bestaan uit een proton en twee neutrone) kom dit voor asof die proton en neutron byvoorbeeld plekke geruil het met die vrystelling van kinetiese energie. In baie gevalle word sekondêre deeltjies geskep en word energie verbruik of vrygestel.
Neutrone, soos ander deeltjies, kan elastiese botsings ondergaan. 'n Botsing is elasties in die spesiale geval waar kinetiese energie behou word. Snoekerballe ondergaan byvoorbeeld ook elasties botsings. Die wet van die behoud van momentum geld hier ook soos met enige ander botsing. As die kern wat tydens 'n elastiese botsing getref word swaar is, word dit relatief min versnel, maar as dit 'n proton is wat getref word met ongeveer dieselfde massa as 'n neutron, word dit versnel om 'n groot deel van die oorspronklike snelheid van die neutron te bereik, wat dan natuurlik 'n ooreenstemmende vertraging ondergaan.
Neutronsporing
wysigDie mees algemene metode om 'n gelaaide deeltjie op te spoor, deur te kyk na die ionisasiebaan wat dit agterlaat, werk nie regstreeks vir neutrone nie. Neutrone wat elasties vanaf 'n ander atoom verstrooi word, kan egter 'n naspeurbare ionisasiebaan agterlaat, maar sulke eksperimente is nie maklik om uit te voer nie en ander tegnieke waar hul interaksies met atoomkerne bestudeer word, word meer algemeen gebruik.
'n Algemene tegniek vir die opspoor van neutrone behels die omskakeling van die energie wat vrygestel word deur sodanige interaksies in elektriese seine. Die kerne 3He, 6Li, 10B, 233U, 235U en 239Pu is nuttig vir sulke eksperimente. 'n Goeie bespreking oor neutronsporing kan gevind word in hoofstuk 14 in die boek Radiation Detection and Measurement deur Glenn F. Knoll.[5]
Gebruike van neutrone
wysigDie neutron speel 'n belangrike rol in baie kernreaksies. Neutronvangs lei byvoorbeeld dikwels tot neutronaktivering, wat radioaktiwiteit tot gevolg het. Kennis oor neutrone en hulle gedrag het 'n belangrike rol gespeel in die ontwikkeling van kernreaktors en kernwapens. Die ontwikkeling van "neutronlense", wat gebaseer is op die totale interne weerkaatsing binne 'n hol kapillêre glasbuis of deur weerkaatsing vanaf gerimpelde aluminiumplate, het die dryfkrag verskaf vir verdere navorsing in neutronmikroskopie en neutron/gamma-straal tomografie.
Een gebruik van neutronuitstralers is die naspeur van ligte kerne, veral die waterstof wat in watermolekules gevind word. Wanneer 'n vinnige neutron met 'n ligte kern bots, verloor dit 'n groot deel van sy energie. Deur die vertragingstempo van die neutrone wat teen die kerne bots en dan na die analiseerder terugkeer te bepaal, kan 'n neutronanaliseerder die waterinhoud in grond bepaal.
Neutronbronne
wysigVanweë die feit dat vrye neutrone onstabiel is, kan hulle slegs verkry word deur die verval van kerne, kernreaksies en hoë energiereaksies (soos in die geval van kosmiese straling of deeltjieversnellers). Vrye neutronbundels word verkry vanaf neutronbronne deur middel van neutronvervoer.
Neutrone se gebrek aan elektriese lading verhoed ingenieurs of eksperimentele wetenskaplikes om hulle te beheer of te versnel. Gelaaide deeltjies kan versnel, vertraag of gedeflekteer word deur elektriese- of magneetvelde. Hierdie metodes het egter geen invloed op neutrone nie. (Daar is wel 'n klein invloed deur magnetiese velde op 'n vrye neutron vanweë sy magnetiese moment.)
Ontdekking
wysigIn 1930 het Walther Bothe en H. Becker in Duitsland ontdek dat wanneer die baie energieryke alfadeeltjies wat vanaf polonium uitgestraal word op 'n sekere aantal ligte elemente, spesifiek berillium, boor of litium, sou val 'n ongewone straling met 'n hoë deurdringingsvermoë ontstaan het. Eers is gereken dit is gammastraling, al het dit toe 'n hoër deurdringingsvermoë getoon as enige ander bekende gammastraling, en hulle het bevind die resultate op grond van die aanname is baie moeilik om te interpreteer.
Die volgende groot deurbraak is in 1932 in Parys deur Irène Joliot-Curie en Frédéric Joliot gemaak. Hulle het gewys dat as die onbekende straling op paraffien of enige ander waterstofbevattende stof sou val, dit energieryke protone vrygestel het. Dit op sigself het nie die aanname dat dit 'n soort gammastraling is weerlê nie, maar het dit toenemend moeilik gemaak om die gedetailleerde kwantitatiewe analises van die data met die hipotese te vereenselwig. James Chadwick het later daardie selfde jaar in Engeland met 'n reeks eksperimente bewys die gammastraalhipotese is onversoenbaar met die eksperimentele waarnemings. Hy het voorgestel dat die nuwe straling eerder bestaan uit ongelaaide deeltjies met ongeveer dieselfde massa as 'n proton en het toe verdere eksperimente uitgevoer om sy voorstel te ondersteun. Hierdie ongelaaide deeltjies is toe eindelik neutrone gedoop, skynbaar van die Latynse woord vir "neutraal" en die Griekse agtervoegsel -on (soortgelyk aan "elektron" en "proton").
Huidige ontwikkelings
wysigDie bestaan van stabiele trosse van vier neutrone, of tetraneutrone, is voorgestel deur 'n span onder leiding van Francisco-Miguel Marqués van die CNRS-laboratorium vir Kernfisika op grond van waarnemings van die verval van berillium-14-kerne. Wat die hipotese interessant maak, is dat die aanvaarde teorie voorspel dat sulke trosse nie stabiel behoort te wees nie en daarom nie kan bestaan nie.
Antineutrone
wysigDie antineutron is die antideeltjie van die neutron. Dit is in 1956 deur Bruce Cork ontdek, slegs 'n jaar na die antiproton.
Verwysings
wysig- ↑ Ernest Rutherford. Chemed.chem.purdue.edu. Besoek op 2012-08-16.
- ↑ Nobelprys vir fisika, 1935. Nobelprize.org. Besoek op 2012-08-16.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Mohr, P.J.; Taylor, B.N., Newell, D.B. (2014), "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants" (Webweergawe 7.0). National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland 20899.
- ↑ Olive, K.A.; (Particle Data Group) (2014). "Review of Particle Physics" (PDF). Chin. Phys. C. 38 (9): 090001. Bibcode:2014ChPhC..38i0001O. doi:10.1088/1674-1137/38/9/090001.
- ↑ Glenn F. Knoll. Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, 1979. ISBN 978-0470131480
Eksterne skakels
wysig
Wikiwoordeboek het 'n inskrywing vir neutron.
Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia
