Neutron

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Neutron
Structura cuarțului neutronic.svg
Modelul de quark al neutronului
Clasificare Particulă compusă ( hadron )
Compoziţie 1 quark în sus , 2 quark în jos (udd)
Familie Fermiuni
grup Barioni
Interacțiuni Gravitațional , electromagnetic , slab , puternic
Simbol n
Antiparticulă Antineutron ( n )
Teorizat Ernest Rutherford (1920)
Descoperire James Chadwick (1932)
Proprietăți fizice
Masa
  • 1,674927351 (74) × 10 −27 kg
  • 939.565378 (21) MeV /
  • 1.00866491600 (43) u
Incarcare electrica 0 și
A învârti ½

Neutronul este o particulă subatomică formată dintr-un quark în sus și doi quark în jos , cu o sarcină electrică netă egală cu zero. [1] Deoarece este format din quarcuri, aparține familiei de hadroni , în special grupului de barioni . A avea jumătate de centrifugare este un fermion .

Are o masă de odihnă 939,57 MeV / , puțin mai mare decât cel al protonului și, cu excepția izotopului mai comun al hidrogenului (al cărui nucleu atomic constă dintr-un singur proton), compune nucleele împreună cu protonul , [2] cu care este se transformă continuu prin emisia și absorbția pionilor .

Spre deosebire de proton, în afara nucleului neutronul este instabil și are o durată medie de viață de aproximativ 15 minute. [3] Dezintegrarea sa dă naștere unui proton, un electron și un antineutrino în funcție de reacție ( descompunere beta ); energia eliberată este Q = 0,782 ± 0,013 MeV. [4]

Istorie

În 1930 , în Germania , Walther Bothe și Herbert Becker au observat că, dacă particulele alfa de poloniu , dotate cu mare energie, afectează nucleele elementelor ușoare, în special beriliu , bor și litiu , se produce o radiație deosebit de penetrantă. La început, s-a crezut că ar putea fi radiații gamma, deși era mai pătrunzătoare decât razele gamma cunoscute atunci și detaliile rezultatelor experimentale erau dificil de interpretat în astfel de termeni.

Următoarea contribuție a fost făcută în anii dintre 1931 și 1932 de Irène Curie și soțul ei Frédéric Joliot-Curie la Paris : au arătat că această radiație misterioasă, dacă a lovit parafina sau alți compuși care conțin hidrogen , a provocat expulzarea protonilor de mare energie . Acest lucru nu era în totalitate în contradicție cu ipoteza radiației gamma; cu toate acestea, o analiză cantitativă detaliată a făcut dificilă acceptarea acestei ipoteze. La începutul anului 1932 , fizicianul James Chadwick , din Anglia , a făcut o serie de măsurători care au arătat că ipoteza razelor gamma nu a putut explica pe deplin datele experimentale. El a emis ipoteza că radiația penetrantă a beriliului consta în particule neutre cu o masă aproximativ egală cu cea a protonilor, a căror existență fusese propusă cu mai mult de un deceniu mai devreme, fără să fi fost efectuate experimente eficiente care să o dezvăluie.

Proprietate

James Chadwick , descoperitorul neutronului

Neutralitate

Proprietatea prin excelență a neutronilor, care îi diferențiază de alte particule, este sarcina electrică zero, deoarece este compusă din doi quarcuri descendenți și un quarc ascendent :

q n = 2q d + q u = 2 × (- 13 ) e + ( 23 ) e = 0

Încărcarea electrică zero stă la baza capacității lor mari de penetrare și a dificultății de manipulare. În plus, surse naturale importante sunt absente, un motiv în plus pentru întârzierea descoperirii neutronului în comparație cu celelalte două particule care alcătuiesc atomul.

Pătrunderea

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Coliziune elastică § Moderatori pentru neutroni .

Particulele încărcate (cum ar fi protoni, electroni și particule alfa) pierd energie pe măsură ce călătoresc prin materie, în principal datorită forțelor electromagnetice care ionizează atomii cu care interacționează aceste particule. Neutronul este slab afectat de aceste forțe, deoarece are o sarcină electrică zero. Cu toate acestea, neutronul este supus acțiunii forței nucleare puternice , caracterizată printr-un interval scurt, eficient numai în vecinătatea unui nucleu. Deci, neutronul se comportă într-un mod similar cu o sferă solidă (probabil cea mai îndepărtată de neutron în multe alte privințe) care afectează alte corpuri solide (nucleele mediului). Un neutron liber își continuă drumul netulburat până când se ciocnește „frontal” cu un nucleu.

Datorită secțiunii transversale reduse a nucleelor ​​în comparație cu spațiul care le separă unele de altele, aceste coliziuni apar foarte rar și neutronii parcurg distanțe mari înainte de a se ciocni. Se parcurg distanțe chiar mai mari înainte de a fi absorbite de un nucleu, cu atât este mai mare cu atât viteza neutronului este mai mare: doza absorbită de un material iradiat cu neutroni este mai mare și mai concentrată pe suprafață cu cât viteza lor este mai mică: [5]

  • neutronii cu fisiune rapidă (10 keV-10 MeV) depun energie în principal prin coliziunea elastică cu mai mulți nuclei de lumină în succesiune, cu căi medii de transport liber variind de la centimetri la zeci de centimetri în apă și țesuturi biologice. Doza absorbită se datorează ionizărilor cauzate de reculul nucleelor ​​de lumină secundare.
  • neutronii rezonanți (1 keV-1 MeV) depun energie în principal prin absorbție atunci când energia lor corespunde unei frecvențe rezonante a unui nucleu din apropiere.
  • neutronii lenti (energie <0,5 eV) au o lungime de transport redusa, de la cateva fractii de milimetri la centimetri, si o sectiune transversala mare de absorbtie: tot in acest caz, absorbtia este principalul tip de interactiune.
5 ordine diferite de mărime ale materiei:
1. Materie (macroscopică)
2. Structura moleculară (atomi)
3. Atom (neutron, proton , electron )
4. Electron
5. Quark
6. Corzi

Pericol

Masa lor de repaus mai mare decât a altor tipuri de radiații le face mai periculoase pentru țesuturile biologice odată ce au interacționat și pot duce la țesuturi biologice și materiale obișnuite cu eliberare secundară de raze gamma prin captarea neutronilor (de exemplu, cu hidrogen rezultă un deuteron și într-un foton de 2,2 MeV), în transmutație și uneori în umăr (de exemplu activarea azotului -14 în carbon-14 cu eliberarea unui proton sau umărul de plumb exploatat în sistemele acționate de accelerator), provocând transmutația și fertilizarea pentru transuranici. Factorul lor de pericol absorbit odată cu radiația gamma este:

adică, în funcție de energia lor , trec de la un pericol respectiv de 5 ori mai mare decât fotonii dacă sunt termici (E <10 keV) sau de 25 de ori mai mari dacă sunt rapizi (100 keV <E <2 MeV). Cu toate acestea, rețineți că acest factor nu ia în considerare proprietatea de penetrare anterioară, prin urmare pericolul relativ al unui fascicul rapid comparativ cu unul termic este de fapt supraestimat de acest factor.

Evanescență

Detectarea indirectă a neutronilor se bazează pe transmiterea mișcării către atomii ușori ai mediului care are loc în coliziuni elastice: un nucleu foarte greu capătă o mică fracțiune a impulsului prin impact elastic ; în schimb, un proton (care are o masă aproximativ egală cu cea a neutronului) este aruncat înainte cu o fracțiune semnificativă din viteza inițială a neutronului, care la rândul său încetinește. Deoarece nucleele puse în mișcare de aceste coliziuni sunt încărcate, ele produc ionizare și pot fi ușor detectate experimental.

Immanovrabilitate

Particulele încărcate pot fi accelerate, decelerate și deviate de câmpul electrostatic , care, cu toate acestea, nu are practic niciun efect asupra neutronilor, făcându-le manevrabile doar cu un câmp magnetic, având în vedere momentul dipol magnetic destul de ridicat în comparație cu momentul intrinsec al impulsului . Semnul negativ al acestui moment magnetic simulează rotația sarcinilor negative în sens invers acelor de ceasornic în jurul direcției rotirii. Singura modalitate de a controla neutronii liberi este plasarea nucleelor ​​în calea lor, astfel încât neutronii să fie încetini, deviați sau absorbiți în coliziune. Acestea sunt principalele efecte de reglementare în reactoare și arme nucleare.

Instabilitate

Un fascicul pulsat și colimat de neutroni liberi se degradează trecând între două spectrometre cu lentile magnetice dispuse în așa fel încât să colecteze unul dintre protoni și celălalt electronii cu o durată medie de viață de 880 ± 1 s [6]

În ceea ce privește neutronul legat de ceilalți nucleoni din nucleu, teoria marii unificări prezice o durată medie de viață de ordinul 10 31 de ani (de peste un trilion de miliarde de ori vârsta actuală a universului de aproximativ 10 10 ani), similară cu cea a protonului.

Dezvoltări

Existența pachetelor stabile de patru neutroni, sau tetraneutroni , a fost ipotezată de un grup condus de Francisco-Miguel Marqués de la CNRS Laboratory for Nuclear Physics, bazat pe dezintegrarea beriliului -14 nuclee. Teoria actuală presupune că aceste pachete nu ar trebui să fie stabile și, prin urmare, nu ar trebui să existe.

Notă

  1. ^ Este impropriu să spunem cu o sarcină „neutră”, deoarece în fizică sunt recunoscute doar două tipuri de sarcini, pozitive și negative.
  2. ^(EN) Thermopedia, „Neutroni”
  3. ^ https://www.lescienze.it/news/2003/10/21/news/la_vita_media_del_neutrone 587477 / #: ~: text = Second% 20new% 20measures% 20made% 20al, 8% 20% C2% B1% 203% 2C4% 20 de secunde
  4. ^ Idei și concepte de bază în fizica nucleară: o abordare introductivă, ediția a treia; K. Heyde Taylor & Francis 2004. ISBN tipărit 978-0-7503-0980-6 . DOI : 10.1201 / 9781420054941 . text complet
  5. ^ Arneoldo, Lecții de protecție împotriva radiațiilor, p.23 ( PDF ), pe www-zeus.desy.de . Adus la 10 iunie 2013 (arhivat din original la 27 februarie 2014) .
  6. ^ M Tanabashi și colab. (Grup de date despre particule), Revizuirea fizicii particulelor, Phys. Rev. D 98 030001 (20018)

Bibliografie

  • Albert Messiah, Mécanique quantique, volumul 1 , Dunod, 1966.
  • Paul Dirac, Principiile mecanicii cuantice , Bollati Boringhieri, 1971.
  • John von Neumann, Fundamente matematice ale mecanicii cuantice , Princeton University Press, 1955.
  • Stephen Gustafson, Israel M. Sigal, Conceptele matematice ale mecanicii cuantice , Springer, 2006.
  • Franz Schwabl, Mecanica cuantică , Springer, 2002.
  • Franco Strocchi, O introducere în structura matematică a mecanicii cuantice, un curs scurt pentru matematicieni , World Scientific Publishing, 2005.
  • L. Pauling și EB Wilson Introducere în mecanica cuantică cu aplicații la chimie (McGrawHill, New York, 1935)
  • S. Dushman Elementele mecanicii cuantice (John Wiley & Sons, New York, 1938)
  • M. Planck, L. Silberstein și HT Clarke Originea și dezvoltarea teoriei cuantice (Clarendon Press, Oxford, 1922)
  • F. Reiche, H. Hatfield și L. Henry Teoria cuantică (EP Dutton & co., New York, 1922)
  • JF Frenkel Mechanics Wave: Advanced General Theory (Clarendon Press, Oxford, 1934)
  • ( EN ) NF Mott, Elements of Wave Mechanics , Cambridge University Press, 1958.
  • Gian Carlo Ghirardi, O privire la cărțile lui Dumnezeu , Net, 1997.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 20957 · LCCN (RO) sh85091222 · GND (DE) 4041964-2 · BNF (FR) cb11944505r (data) · NDL (RO, JA) 00573932