Nøytron
Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Språk: Denne artikkelen trenger språkvask og korrektur for å oppnå en høyere språklig standard.| Nøytron | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Klassifisering | ||||||||||
|
||||||||||
| Egenskaper | ||||||||||
|
Et nøytron er en subatomær partikkel som sammen med protonene utgjør kjernen i et atom.
Atomkjernen - nukleonene i de fleste atomer, består av både protoner og nøytroner – bortsett fra den vanligste isotopen av hydrogen, som kun består av ett enkelt proton.
Nøytronet har netto elektrisk ladning på 0 C og en masse på 939,573 MeV/c² (1,6749·10-27 kg, litt mindre enn et proton). Nøytronet har spinn ½. Dets antipartikkel heter antinøytronet.
Innhold |
[rediger] Egenskaper
Utenfor atomkjernen er nøytroner ustabile og har en gjennomsnittlig levetid på 886 sekunder (ca. 15 minutter). De omdannes til et elektron, en antinøytrino og et proton. Nøytroner i denne ustabile formen er kjent som frie nøytroner. Denne formen for radioaktiv nedbrytning (betastråling) forekommer også i noen atomkjerner. Partikler i kjernen er vanligvis resonanser mellom nøytroner og protoner som omformes ved emisjon og absorbsjon av pioner. Et nøytron er klassifisert som et baryon, og består av to ned-kvarker og en opp-kvark. Nøytronets antimaterieekvivalent er antinøytronet.
Antallet nøytroner bestemmer isotopen av et grunnstoff. For eksempel har karbon-12 6 protoner og 6 nøytroner, mens karbon-14 har 6 protoner og 8 nøytroner. Isotoper er atomer av samme grunnstoff med samme atomtall men forskjellige masser på grunn av et forskjellig antall nøytroner.
[rediger] Vekselvirkninger
Nøytronet vekselvirker gjennom alle fire standardformer av fysisk vekselvirkning. Disse fire er elektromagnetisk kraft, svak kjernekraft, sterk kjernekraft og gravitasjonskraft.
Selv om nøytronet har null netto ladning, er det likevel sammensatt av elektrisk ladde kvarker, på samme måte som et nøytralt atom er sammensatt av ladde protoner og elektroner. Derfor påvirkes nøytronet gjennom elektromagnetisk vekselvirkning. Nettoladningen er null, slik at hvis man er så langt unna nøytronet at det synes å ikke ha volum, vil totaleffekten av den elektriske kraften bli null. Derimot vil ikke bevegelsen av ladninger inni nøytronene utlikne hverandre, og det er dette som gir nøytronet sitt magnetiske dipolmoment.
Gravitasjon omtales oftest ikke i forbindelse med nøytroner. Dette er fordi nøytroner vanligvis studeres med hensyn til subatomære vekselvirkninger. I den subatomære verden er gravitasjonen uvesentlig i forhold til de tre andre kreftene, som er mye sterkere over korte avstander. Når så mye er sagt vil et fritt nøytron akselerere i samme grad i jordens gravitasjonsfelt som for eksempel en murstein.
Ladde partikler (slik som protoner, elektroner eller alfa-partikler) og elektromagnetisk stråling (slik som gammastråler) taper energi når de passerer gjennom materie. De utøver elektriske krefter som ioniserer atomer i materialet de passerer gjennom. Energien som tas opp gjennom ionisering er lik energien som tapes av den ladde partikkelen, som dermed taper fart eller, i gammastrålens tilfelle, blir absorbert eller spredt (se Compton-effekten). Det nøytrale nøytronet skaper derimot ingen ionisering av atomer som det passerer.
Kjernekrefter er en helt annen sak. Kjernekrefter spiller stor rolle når nøytroner passerer gjennom vanlig materie. Et fritt nøytron vil fortsette på sin vei frem til det kolliderer med en atomkjerne. Når dette skjer, kan nøytronene og kjernen spres (avbøyes eller saktnes ned), absorberes, eller transformeres til noe annet. For eksempel i reaksjonen n + 3He → 1H + 3H, ser det ut til at protonet og nøytronet har byttet plass, og kinetisk energi frigjøres. I mange tilfeller dannes sekundære partikler og energi kan brukes opp eller frigjøres. (Tegnforklaring: n=nøytron; 3He = kjerne bestående av to protoner og et nøytron; 1H = kjerne bestående kun av et proton; 3H = kjerne bestående av et proton og to nøytroner.)
Nøytroner, liksom andre partikler, kan gjennomgå elastiske kollisjoner. En kollisjon er elastisk hvis summen av kinetisk energi bevares i alle retninger. For eksempel gjennomgår biljardkuler vanligvis elastiske kollisjoner med hverandre. Bevaringsloven for bevegelsesmengde gjelder også, som i enhver kollisjon. Hvis kjernen som blir truffet i en elastisk kollisjon er tung, får den relativt liten fart, men hvis den kun består av et proton, med omtrent samme masse som nøytronet, kan det bli skutt fremover med en stor del av den opprinnelige farten til nøytronet, som selv mister fart.
[rediger] Påvisning av nøytroner
Den vanlige måten å påvise en ladet partikkel, ved å lete etter spor av ionisering, virker ikke direkte for nøytroner. Nøytroner som elastisk spres av et annet atom kan lage et spor av ionisering som er påviselig, men disse eksperimentene er vanskelige å utføre og andre metoder for å påvise nøtryoner, gjennom å tillate dem å vekselvirke med atomkjerner, brukes oftere.
En vanlig metode for å påvise nøytroner innebærer å omforme energien som frigjøres gjennom slike reaksjoner til elektriske signaler. Nuklidene 3He, 6Li, 10B, 233U, 235U og 239Pu er nyttige til dette. En god diskusjon om nøytronpåvisning kan finnes i kapittel 14 i boken Radiation Detection and Measurement av Glenn F. Knoll (John Wiley & Sons, 1979).
[rediger] Anvendelse
Nøytronet spiller en viktig rolle i mange kjernereaksjoner. For eksempel, å fange nøytroner resulterer ofte i nøytron aktivisering, som forårsaker radioaktivitet. Kunnskap om nøytroner og deres oppførsel har vært særlig viktig i utviklingen av kjernekraftverk og kjernevåpen.
Utviklingen av "nøytron linser", basert på totalrefleksjon i hule glass *capillary* tuber eller refleksjon fra bulkete aluminium plater, har drevet pågående forskning innen nøytron mikroskopi og nøytron/gamma stråle tomografi.
En anvendelse av nøytron emittere er påvisningen av lette kjerner, spesielt hydrogenet sin finnes i vannmolekyler. Når et raskt nøytron kolliderer med en lett kjerne, mister det en stor andel energi. Ved å måle raten som trege nøytroner returnerer til sonden med etter å ha blitt reflektert av hydrogenkjerner, kan en nøytronsonde fastslå vanninnholdet i jord.
[rediger] Nøytronkilder
Fordi frie nøytroner er ustabile, kan de kun hentes fra kjernedesintegrasjon (nøytronstråling), kjernereaksjoner, og høy energi-reaksjoner (slik som bakgrunnsstråling eller i akselerator). Frie nøytronstråler kommer fra nøytron kilder gjennom nøytron transport.
Nøytronenes mangel på elektrisk ladning forhindrer ingeniører og de som utfører ekseperimenter å styre eller akselerere dem. Ladde partikler kan akselereres, saktnes ned eller avbøyes ved å bruke elektriske eller magnetiske felt. Men disse metodene har nesten ingen virkning på nøytroner (på et fritt nøytron vil det ha en svak virkning av et magnetfelt, på grunn av det magnetiske momentet).
[rediger] Oppdagelse
I 1930 fant Walther Bothe og H. Becker i Tyskland at hvis de veldig energetiske alfapartikkelene som sendes ut fra polonium treffer enkelte av de lette grunnstoffene, særlig beryllium, bor eller litium, vil en form for uvanlig gjennomborende stråling oppstå. Til å begynne trodde en at dette var gammastråling, selv om det var mye mer gjennomborende enn noen kjent form for gammastråling, og tross at detaljene i eksperimentelle resultater ble veldig vanskelige å tolke på dette grunnlaget. Det neste viktige bidraget ble rapportert i 1932 av Irène Joliot-Curie og Frédéric Joliot i Paris. De viste at hvis denne ukjente strålingen falt på parafin eller noen annen forbindelse som inneholdt hydrogen, ville det sendes ut protoner med veldig høy energi. Dette var ikke i seg selv uoverensstemmende med antakelsen at det var gammastråling, men detaljerte kvantitative analyser av dataene ble vanskeligere å forene med en slik hypotese. Endelig, senere i 1932, utførte fysikeren James Chadwick i England en rekke eksperimenter som viste at gammastråling-hypotesen var ubrukelig. Han foreslo at den nye formen for stråling bestod av partikler uten ladning med noenlunde lik masse som protonet, og han gjennomførte en rekke eksperimenter som bekreftet denne teorien. Slike uladde partikler ble etterhvert kalt «nøytroner», tydeligvis fra den latinske stammen for neutral og den greske endelsen -on (slik som i elektron og proton).
[rediger] Nyere utvikling
En gruppe ledet av Francisco-Miguel Marqués ved CNRS Laborartory for Nuclear Physics har foreslått en hypotese om eksistensen av stabile klynger av fire nøytroner, eller tetranøytroner, basert på observasjoner av desintegrasjon av beryllium-14 kjerner. Dette er spesielt interessant, fordi nåværende teori mener at disse klyngene ikke er stabile, og bør derfor ikke eksistere.
[rediger] Antinøytron
Antinøytronet er nøytronets antipartikkel. Det ble oppdaget av Bruce Cork i 1956, et år etter antiprotonet ble oppdaget.
CPT-symmetri setter sterke begrensninger på de relative egenskapene til partikler og antipartikler og, derfor, er åpent for strenge prøver. Massene til nøytronet og antinøytronet er like til en del i (9±5)×10-5.
[rediger] Se også
- partikkelfysikk
- subatomær partikkel
- liste over partikler
- kvarkmodell
- kjemi
- nøytronstjerne
- nøytrontransport
- nøytronstråling
- tetranøytron
| Partikler i fysikk - sammensatte partikler |
| Hadroner: Baryoner (liste) | Mesoner (liste)
Baryoner: Nukleoner | Hyperoner | Eksotiske baryoner | Pentakvarker |
