נייטרון
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
נייטרון (Neutron; מלטינית: "שאינו נוטה לשום צד") הוא נוקליאון ללא מטען חשמלי ומסה של 939.6 MeV (מעט יותר מזו של פרוטון (938.3 MEV). הוא מורכב משלושה קווארקים, שני קווארקי D וקווארק אחד U. (בהתפרקות בטא, אחד קווארקי D שבנויטרון [שכידוע, מסתו כבדה ממסת קווארק U] מאבד מסה, וכך נהפך לקווארק U. המסה הנותרת הולכת לבוזון, שמייד מתפרק לאלקטרון וניטרינו.)
הגרעין של רוב האטומים (למעט האיזוטופ הנפוץ של מימן, המורכב מפרוטון אחד בלבד) מורכב מפרוטונים ונייטרונים. מחוץ לגרעין, הנייטרון בלתי יציב ובעל תקופת מחצית חיים של 15 דקות בלבד, כשהוא מתפרק על ידי פליטת אלקטרון ואנטינייטרינו ונהפך לפרוטון. אותה צורת התפרקות (התפרקות בטא) מתרחשת בכמה סוגים של גרעיני אטומים. חלקיקים בתוך הגרעין מהדהדים בין נייטרונים ופרוטונים, המותמרים מאחד לשני על ידי פליטה וקליטה של פאיונים.
נייטרון מסווג כבאריון ומורכב משני קווארקים מסוג DOWN ואחד מסוג UP. המאפיין המבדיל את הנייטרונים מרוב הנוקליאונים הוא שהם חסרי מטען חשמלי. תכונה זו של הנייטרונים עכבה את גילויים, גורמת לעוצמת חדירה ניכרת, מונעת כמעט אפשרות לצפות בהם ישירות, וגורמת להם להיות רכיב חשוב ביותר בתהליכים של שינוי הגרעין.
למרות שגם האטום במצבו הרגיל נטול מטען חשמלי, הוא גדול פי 10,000 מהנייטרון ומורכב ממערכת מסובכת של אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי המפוזרים במסלולים נרחבים סביב גרעין בעל מטען חשמלי חיובי. חלקיקים בעלי מטען חשמלי, כגון פרוטונים, אלקטרונים וחלקיקי אלפא (גרעין הליום), וכן קרינה אלקטרומגנטית (כגון קרינת גמא) מאבדים אנרגיה במעבר דרך חומר. הם מפעילים כוחות חשמליים המייננים את אטומי החומר דרכו הם עוברים. האנרגיה הנלקחת לצורך יינון שווה לאנרגיה שאבדה לחלקיקים הטעונים במעבר החומר, דבר הגורם להאטה, או על ידי קרינת גמא הנספגת. הנייטרון לעומת זאת אינו מושפע על ידי כוחות אלו. הוא מושפע רק מהכוח הגרעיני החזק בעל הטווח הקצר מאד, שמשחק תפקיד רק כשהנייטרון מתקרב מאוד לגרעין האטום. לפיכך, נייטרון חופשי נע בדרכו ללא הפרעה עד שהוא מתנגש ישירות עם גרעין האטום. מכיוון שהנפח שתופש גרעין האטום הוא קטן מאד, התנגשויות אלו קורות לעתים נדירות והנייטרון עובר מרחק רב לפני ההתנגשות.
במקרה של התנגשות אלסטית, הכללים הרגילים של התמדה פועלים כבמקרה של התנגשות אלסטית בין כדורי ביליארד. אם הגרעין שבו התנגש הנייטרון הוא כבד, הוא צובר מהירות מעטה יחסית, אבל אם ההתנגשות הייתה עם פרוטון שמסתו שוות ערך למסת הנייטרון, הפרוטון נזרק קדימה במהירות קרובה למהירות המקורית של הנייטרון, שבמקביל מואט בהתאם. התנגשויות משניות כתוצאה מכך ניתנות לאיתור מכיוון שהחלקיקים המושפעים מהתנגשויות אלו טעונים במטען חשמלי וגורמים ליינון.
טבעו נטול המטען של הנייטרון מקשה על השליטה עליו, בנוסף להיותו קשה לאיתור. ניתן להאיץ, להאיט או להסיט חלקיקים טעונים באמצעות שדות חשמליים או מגנטיים, אבל לאלו אין השפעה על נייטרונים. הדרך היחידה שיש בידנו לשלוט על נייטרונים חופשיים היא לשים גרעינים בנתיבם כך שהם יואטו יוסטו או ייספגו בהתנגשויות. לתופעות אלו חשיבות מעשית גדולה בכורים גרעיניים ובנשק גרעיני.
[עריכה] היסטוריה
בשנת 1930 צמד חוקרים גרמנים ואלטר בותה והנס בקר גילו שאם חלקיקי אלפא הנפלטים מפולוניום, שהם בעלי אנרגיה רבה, פוגעים ביסודות קלים מסוימים כגון בריליום, בורון, או ליתיום מופקת קרינה חודרנית ביותר. בתחילה הניחו שמדובר בקרינת גמא למרות שלקרינה הייתה יכולת חדירה חזקה מכל קרני גמא ידועות, ולא ניתן היה לפרש את תוצאות הניסויים בהנחה זו.
התרומה המשמעותית הבאה דווחה על ידי בני הזוג אירן וג'וליו קירי בפריז. הם הראו שאם קרינה בלתי מוכרת זו פוגעת בפרפין או בתרכובות אחרות המכילות מימן, הן פולטות פרוטונים בעלי רמת אנרגיה גבוהה. כשלעצמה לא הייתה בעובדה זו סתירה להתנהגות קרינת גמא שהניחו שהיא הקרינה הבלתי מוכרת, אבל ניתוח כמותי מפורט של המידע לא התאים להשערה זו.
לבסוף (בשלהי 1932) הפיזיקאי ג'ימס צ'דוויק באנגליה ביצע סדרת ניסויים שהפריכו סופית את השערת קרינת הגמא. הוא הציע השערה שהקרינה היא מסוג חדש ומורכבת מחלקיקים בלתי טעונים שמסתם קרובה למסת הפרוטון. צ'דוויק ערך סדרת ניסויים שאימתו את השערתו. חלקיקים בלתי טעונים אלו קרויים כיום נייטרונים. ועל גילוי זה זכה צ'דוויק בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1935.
