Dicionário explicativo da língua russa. D. N. Ushakov

nêutron

nêutron, M. (do latim neutrum, lit. nem um nem outro) (físico novo). Partícula material que entra no núcleo de um átomo, desprovida de carga elétrica, eletricamente neutra.

Dicionário explicativo da língua russa. S.I.Ozhegov, N.Yu.Shvedova.

nêutron

A, M. (especial). Partícula elementar eletricamente neutra com massa quase igual à de um próton.

adj. nêutron, -aya, -oh.

Novo dicionário explicativo da língua russa, T. F. Efremova.

nêutron

M. Partícula elementar eletricamente neutra.

Dicionário Enciclopédico, 1998

nêutron

NÊUTRON (nêutron inglês, do latim neutro - nem um nem outro) (n) uma partícula elementar neutra com spin de 1/2 e massa superior à massa de um próton em 2,5 massas de elétrons; refere-se a bárions. No estado livre, o nêutron é instável e tem uma vida útil de aprox. 16 minutos. Juntamente com os prótons, os nêutrons formam núcleos atômicos; nos núcleos, o nêutron é estável.

Nêutron

(nêutron inglês, do latim neutro ≈ nem um nem outro; símbolo n), uma partícula elementar neutra (sem carga elétrica) com spin 1/2 (em unidades da constante de Planck) e uma massa ligeiramente superior à massa de um próton. Todos os núcleos atômicos são construídos a partir de prótons e nitrogênio. O momento magnético de um magneton é igual a aproximadamente dois magnetons nucleares e é negativo, ou seja, é direcionado de forma oposta ao momento angular mecânico de spin. N. pertencem à classe das partículas de forte interação (hádrons) e estão incluídas no grupo dos bárions, ou seja, possuem uma característica interna especial ≈ carga bárion, igual, como a do próton (p), +

N. foram descobertos em 1932 pelo físico inglês J. Chadwick, que estabeleceu que a radiação penetrante descoberta pelos físicos alemães W. Bothe e G. Becker, que ocorre quando núcleos atômicos (em particular, berílio) são bombardeados com partículas α , consiste em partículas sem carga com massa próxima à massa do próton.

N. são estáveis ​​apenas na composição de núcleos atômicos estáveis. N. livre é uma partícula instável que decai em um próton, um elétron (e-) e um antineutrino de elétrons:

vida média de N. t » 16 min. Na matéria, os nêutrons livres existem ainda menos (em substâncias densas, unidades ≈ centenas de microssegundos) devido à sua forte absorção pelos núcleos. Portanto, os nêutrons livres surgem na natureza ou são obtidos em laboratório apenas como resultado de reações nucleares (ver Fontes de nêutrons). Por sua vez, o nitrogênio livre é capaz de interagir com os núcleos atômicos, até os mais pesados; desaparecendo, N. provoca uma ou outra reação nuclear, da qual a fissão de núcleos pesados ​​é de particular importância, bem como a captura de radiação de N., levando em alguns casos à formação de isótopos radioativos. A grande eficiência dos nêutrons na realização de reações nucleares e a natureza única da interação de núcleos muito lentos com a matéria (efeitos de ressonância, espalhamento de difração em cristais, etc.) fazem dos nêutrons uma ferramenta de pesquisa extremamente importante na física nuclear e do estado sólido. Em aplicações práticas, os nêutrons desempenham um papel fundamental na produção de energia nuclear de elementos transurânicos e isótopos radioativos (radioatividade artificial), e também são amplamente utilizados em análises químicas (análise de ativação) e exploração geológica (registro de nêutrons).

Dependendo da energia dos nêutrons, uma classificação convencional foi adotada: nêutrons ultrafrios (até 10-7 eV), muito frios (10-7≈10-4 eV), frios (10-4≈5×10-3 eV). ), térmico (5 × 10-3≈0,5 eV), ressonante (0,5≈104 eV), intermediário (104≈105 eV), rápido (105≈108 eV), de alta energia (108≈1010 eV) e relativístico ( ³ 1010eV); Todos os nêutrons com energias de até 105 eV são chamados coletivamente de nêutrons lentos.

══Para métodos de registro de nêutrons, consulte Detectores de nêutrons.

Principais características dos nêutrons

Peso. O valor determinado com mais precisão é a diferença entre as massas dos núcleos e do próton: mn ≈ mр= (1,29344 ╠ 0,00007) MeV, medida a partir do balanço de energia de várias reações nucleares. Comparando esta quantidade com a massa do próton, obtemos (em unidades de energia)

mn = (939,5527 ╠ 0,0052) MeV;

isso corresponde a mn" 1,6╥10-24g, ou mn" 1840 mе, onde mе ≈ massa do elétron.

Rotação e estatísticas. O valor de 1/2 para o spin N é confirmado por um grande conjunto de fatos. O spin foi medido diretamente em experimentos sobre a divisão de um feixe de nêutrons muito lentos em um campo magnético não uniforme. No caso geral, o feixe deve se dividir em 2J+ 1 feixes separados, onde J ≈ spin H. No experimento, foi observada a divisão em 2 feixes, o que implica que J = 1/

Como uma partícula com spin meio inteiro, N. obedece às estatísticas de Fermi ≈ Dirac (é um férmion); Isto foi estabelecido de forma independente com base em dados experimentais sobre a estrutura dos núcleos atômicos (ver Invólucros nucleares).

Carga elétrica de um nêutron Q = 0. Medições diretas de Q a partir da deflexão do feixe N em um campo elétrico forte mostram que pelo menos Q< 10-17e, где е ≈ элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2╥10-22е.

Outros números quânticos de nêutrons. Em suas propriedades, o nitrogênio é muito próximo do próton: n e p têm massas quase iguais, o mesmo spin e são capazes de se transformarem mutuamente, por exemplo, em processos de decaimento beta; elas se manifestam da mesma forma em processos causados ​​​​por interação forte, em particular as forças nucleares que atuam entre os pares p≈p, n≈p e n≈n são iguais (se as partículas estiverem respectivamente nos mesmos estados). Uma semelhança tão profunda nos permite considerar o nucleon e o próton como uma partícula ≈ nucleon, que pode estar em dois estados diferentes, diferindo na carga elétrica Q. O nucleon no estado com Q = + 1 é um próton, com Q = 0 ≈ H. Assim, ao núcleon é atribuída (por analogia com o spin comum) alguma característica interna ≈ spin isotônico I, igual a 1/2, cuja “projeção” pode assumir (de acordo com as regras gerais da mecânica quântica) 2I + 1 = 2 valores: + 1/2 e ≈1/2. Assim, n e p formam um dupleto isotópico (ver Invariância isotópica): um núcleon em um estado com a projeção do spin isotópico no eixo de quantização + 1/2 é um próton, e com uma projeção ≈1/2 ≈ H. Como componentes do dupleto isotópico, N e próton, de acordo com a sistemática moderna de partículas elementares, têm os mesmos números quânticos: carga bariônica B = + 1, carga leptônica L = 0, estranheza S = 0 e paridade interna positiva. O dupleto isotópico de núcleons faz parte de um grupo mais amplo de partículas “semelhantes” ≈ o chamado octeto de bárions com J = 1/2, B = 1 e paridade interna positiva; além de n e p, este grupo inclui L-, S╠-, S0-, X
--, hiperons X0, diferindo de n e p em estranheza (ver Partículas elementares).

Momento de dipolo magnético do nêutron, determinado a partir de experimentos de ressonância magnética nuclear é igual a:

mn = ≈ (1,91315 ╠ 0,00007) mе,

onde mя=5,05×10-24erg/gs ≈ magneton nuclear. Uma partícula com spin 1/2, descrita pela equação de Dirac, deve ter um momento magnético igual a um magneton se estiver carregada e zero se não estiver carregada. A presença de um momento magnético em N., bem como o valor anômalo do momento magnético do próton (mp = 2,79m), indica que essas partículas possuem uma estrutura interna complexa, ou seja, existem correntes elétricas em seu interior que Para criar uma “anômala” adicional, o momento magnético do próton é 1,79m e aproximadamente igual em magnitude e sinal oposto é o momento magnético N. (≈1,9m) (veja abaixo).

Momento de dipolo elétrico. Do ponto de vista teórico, o momento de dipolo elétrico d de qualquer partícula elementar deveria ser igual a zero se as interações das partículas elementares fossem invariantes sob reversão do tempo (invariância T). A busca pelo momento de dipolo elétrico em partículas elementares é um dos testes desta posição fundamental da teoria, e de todas as partículas elementares, N. é a partícula mais conveniente para tais buscas. Experimentos usando o método de ressonância magnética em um feixe de N. frio mostraram que dn< 10-23см╥e. Это означает, что сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия с большой точностью Т-инвариантны.

Interações de nêutrons

N. participa de todas as interações conhecidas de partículas elementares – fortes, eletromagnéticas, fracas e gravitacionais.

Forte interação de nêutrons. N e próton participam de interações fortes como componentes de um único dupleto isotópico de núcleons. A invariância isotópica de interações fortes leva a uma certa conexão entre as características de vários processos envolvendo núcleos e prótons, por exemplo, as seções transversais efetivas para o espalhamento de um méson p+ em um próton e p
-méson em N. são iguais, pois os sistemas p+p e p-n possuem o mesmo spin isotópico I = 3/2 e diferem apenas nos valores da projeção do spin isotópico I3 (I3 = + 3/2 em o primeiro e I3 = ≈ 3/2 in nos segundos casos), as seções transversais de espalhamento de K+ em um próton e K╟ em H são idênticas, etc. A validade deste tipo de relação foi verificada experimentalmente em um grande número de experimentos em aceleradores de alta energia. [Devido à ausência de alvos constituídos por nêutrons, os dados sobre a interação de várias partículas instáveis ​​​​com os núcleos são extraídos principalmente de experimentos sobre o espalhamento dessas partículas no deutério (d) ≈ ​​​​o núcleo mais simples contendo núcleos.]

Em baixas energias, as interações reais de nêutrons e prótons com partículas carregadas e núcleos atômicos diferem muito devido à presença de uma carga elétrica no próton, o que determina a existência de forças de Coulomb de longo alcance entre o próton e outras partículas carregadas em distâncias em que as forças nucleares de curto alcance estão praticamente ausentes. Se a energia de colisão de um próton com um próton ou núcleo atômico estiver abaixo da altura da barreira de Coulomb (que para núcleos pesados ​​é de cerca de 15 MeV), o próton é espalhado principalmente devido a forças de repulsão eletrostática, que não permitem que as partículas aproximar-se de distâncias da ordem do raio de ação das forças nucleares. A falta de carga elétrica de N. permite que ele penetre nas camadas eletrônicas dos átomos e se aproxime livremente dos núcleos atômicos. Isto é o que determina a capacidade única dos nêutrons em energias relativamente baixas de causar várias reações nucleares, incluindo a reação de fissão de núcleos pesados. Sobre métodos e resultados de estudos de interação de nêutrons com núcleos, veja os artigos Nêutrons lentos, Espectroscopia de nêutrons, Núcleos de fissão atômica, Espalhamento de nêutrons lentos em prótons em energias de até 15 MeV é esfericamente simétrico no centro do sistema de inércia. Isso indica que o espalhamento é determinado pela interação n ≈ р em estado de movimento relativo com o momento angular orbital l = 0 (a chamada onda S). A dispersão no estado S é um fenômeno especificamente da mecânica quântica que não tem análogo na mecânica clássica. Prevalece sobre o espalhamento em outros estados quando o comprimento de onda de De Broglie é H.

da ordem ou maior que o raio de ação das forças nucleares (≈ constante de Planck, v ≈ N. velocidade). Como a uma energia de 10 MeV o comprimento de onda é H.

Esta característica do espalhamento nuclear em prótons nessas energias fornece diretamente informações sobre a ordem de grandeza do raio de ação das forças nucleares. A consideração teórica mostra que o espalhamento no estado S depende fracamente da forma detalhada do potencial de interação e é descrito com boa precisão por dois parâmetros: o raio efetivo do potencial r e o chamado comprimento de espalhamento a. Na verdade, para descrever o espalhamento n ≈ p o número de parâmetros é duas vezes maior, pois o sistema np pode estar em dois estados com valores diferentes do spin total: J = 1 (estado tripleto) e J = 0 (estado singleto estado). A experiência mostra que os comprimentos de dispersão do hidrogênio por um próton e os raios efetivos de interação nos estados singleto e tripleto são diferentes, ou seja, as forças nucleares dependem do spin total das partículas. Segue-se também dos experimentos que o estado ligado do o sistema np (núcleo de deutério) pode existir apenas quando o spin total é 1, enquanto no estado singleto a magnitude das forças nucleares é insuficiente para formar um estado ligado H. ≈ próton. A duração do espalhamento nuclear no estado singleto, determinada a partir de experimentos sobre o espalhamento de prótons sobre prótons (dois prótons no estado S, de acordo com o princípio de Pauli, só podem estar em um estado com spin total zero), é igual a o comprimento de espalhamento n≈p no estado singleto. Isto é consistente com a invariância isotópica de interações fortes. A ausência de um sistema ligado no estado singleto e a invariância isotópica das forças nucleares levam à conclusão de que um sistema ligado de dois nêutrons ≈ o chamado binêutron não pode existir (semelhante aos prótons, dois nêutrons no estado S devem ter um giro total igual a zero). Experimentos diretos de espalhamento n≈n não foram realizados devido à ausência de alvos de nêutrons, porém, dados indiretos (propriedades dos núcleos) e estudos mais diretos ≈ das reações 3H + 3H ╝ 4He + 2n, p- + d ╝ 2n + g ≈ são consistentes com a hipótese de invariância isotópica de forças nucleares e ausência de binêutron. [Se existisse um binêutron, então nessas reações os picos nas distribuições de energia das partículas α (núcleos 4He) e g-quanta, respectivamente, seriam observados em valores de energia bem definidos.] Embora a interação nuclear no estado singleto seja não é forte o suficiente para formar um binêutron, não exclui a possibilidade da formação de um sistema ligado consistindo apenas de um grande número de núcleos de nêutrons. Esta questão requer mais estudos teóricos e experimentais. As tentativas de detectar experimentalmente núcleos de três ou quatro núcleos, bem como núcleos 4H, 5H e 6H, ainda não produziram resultados positivos.Apesar da falta de uma teoria consistente de interações fortes, com base em uma série de ideias existentes, é possível compreender qualitativamente algumas regularidades de interações fortes e a estrutura dos núcleos.De acordo com essas ideias, a forte interação entre hádrons nucleares e outros hádrons (por exemplo, um próton) ocorre através da troca de hádrons virtuais (ver Partículas virtuais) ≈ mésons p, mésons r, etc. Esta imagem de interação explica a natureza de curto alcance das forças nucleares, cujo raio é determinado pelo comprimento de onda Compton do hádron mais leve ≈ méson p (igual a 1,4 × 10-13 cm ). Ao mesmo tempo, indica a possibilidade de transformação virtual de nêutrons em outros hádrons, por exemplo, o processo de emissão e absorção do méson p: n ╝ p + p- ╝ n. A intensidade de interações fortes conhecidas pela experiência é tal que N. deve passar a maior parte do tempo nesses estados “dissociados”, estando, por assim dizer, em uma “nuvem” de mésons p virtuais e outros hádrons. Isto leva a uma distribuição espacial da carga elétrica e do momento magnético dentro do ímã, cujas dimensões físicas são determinadas pelo tamanho da “nuvem” de partículas virtuais (ver também Fator de forma). Em particular, é possível interpretar qualitativamente a igualdade aproximada acima mencionada em valor absoluto dos momentos magnéticos anômalos de um nêutron e de um próton, se assumirmos que o momento magnético de um nêutron é criado pelo movimento orbital de cobrado p
--mésons emitidos virtualmente no processo n ╝ p + p- ╝ n, e o momento magnético anômalo do próton ≈ o movimento orbital de uma nuvem virtual de p+ mésons criada pelo processo p ╝ n + p+ ╝ p.

Interações eletromagnéticas do nêutron. As propriedades eletromagnéticas de um metal são determinadas pela presença de um momento magnético, bem como pela distribuição de cargas e correntes positivas e negativas existentes no interior do metal. Todas essas características, como decorre da anterior, estão associadas à participação de N. em fortes interações que determinam sua estrutura. O momento magnético de um ímã determina o comportamento de um ímã em campos eletromagnéticos externos: a divisão de um feixe de um ímã em um campo magnético não uniforme, a precessão do giro de um ímã. A estrutura eletromagnética interna de um ímã se manifesta durante no espalhamento de elétrons de alta energia em um ímã e nos processos de produção de mésons em um ímã.quanta (fotoprodução de mésons). As interações eletromagnéticas dos nêutrons com as camadas eletrônicas dos átomos e núcleos atômicos levam a uma série de fenômenos que são importantes para o estudo da estrutura da matéria. A interação do momento magnético dos nêutrons com os momentos magnéticos das camadas eletrônicas dos átomos se manifesta significativamente para os nêutrons, cujo comprimento de onda é da ordem ou superior às dimensões atômicas (energia E< 10 эв), и широко используется для исследования магнитной структуры и элементарных возбуждений (спиновых волн) магнитоупорядоченных кристаллов (см. Нейтронография). Интерференция с ядерным рассеянием позволяет получать пучки поляризованных медленных Н. (см. Поляризованные нейтроны).

A interação do momento magnético de um nêutron com o campo elétrico do núcleo provoca um espalhamento específico de nêutrons, indicado pela primeira vez pelo físico americano J. Schwinger e, portanto, chamado de “espalhamento de Schwinger”. A seção transversal total para este espalhamento é pequena, mas em ângulos pequenos (~3╟) torna-se comparável à seção transversal para espalhamento nuclear; N., espalhados em tais ângulos, são altamente polarizados.

A interação do magnetismo ≈ elétron (n≈e), que não está associada ao próprio momento do elétron ou ao momento orbital, é reduzida principalmente à interação do momento magnético do magnetismo com o campo elétrico do elétron. Outra contribuição, aparentemente menor, para a interação (n≈e) pode ser devida à distribuição de cargas elétricas e correntes dentro do N. Embora a interação (n≈e) seja muito pequena, ela foi observada em vários experimentos.

Interação fraca de nêutrons se manifesta em processos como a desintegração de N.:

captura de um antineutrino de elétrons por um próton:

e neutrino de múon (nm) por nêutron: nm + n ╝ p + m-, captura nuclear de múons: m- + p ╝ n + nm, decaimentos de partículas estranhas, por exemplo L ╝ p╟ + n, etc.

Interação gravitacional do nêutron. N. é a única partícula elementar com massa de repouso para a qual a interação gravitacional foi observada diretamente - a curvatura no campo de gravidade terrestre da trajetória de um feixe bem colimado de N. frio. A aceleração gravitacional medida de N., dentro do limites de precisão experimental, coincide com a aceleração gravitacional de corpos macroscópicos.

Nêutrons no Universo e no espaço próximo à Terra

A questão da quantidade de nêutrons no Universo nos estágios iniciais de sua expansão desempenha um papel importante na cosmologia. De acordo com o modelo do Universo quente (ver Cosmologia), uma parte significativa dos nêutrons livres inicialmente existentes consegue decair durante a expansão. A parte do hidrogênio que é capturada pelos prótons deve levar a aproximadamente 30% de conteúdo de núcleos de He e 70% de prótons. A determinação experimental da composição percentual de He no Universo é um dos testes críticos do modelo do Universo quente.

A evolução das estrelas, em alguns casos, leva à formação de estrelas de nêutrons, que incluem, em particular, os chamados pulsares.

Devido à sua instabilidade, os nêutrons estão ausentes do componente primário dos raios cósmicos. No entanto, as interações das partículas dos raios cósmicos com os núcleos dos átomos na atmosfera terrestre levam à geração de núcleos na atmosfera. A reação 14N (n, p)14C causada por esses N. é a principal fonte do isótopo radioativo de carbono 14C na atmosfera, de onde entra nos organismos vivos; O método de geocronologia por radiocarbono é baseado na determinação do conteúdo de 14C em restos orgânicos. O decaimento de nêutrons lentos que se difundem da atmosfera para o espaço próximo à Terra é uma das principais fontes de elétrons que preenchem a região interna do cinturão de radiação da Terra.

Bombardeio de núcleos de urânio nêutrons a haste de berílio consumiu muito mais energia do que foi liberada durante a fissão primária.

Portanto, para que o reator funcionasse, era necessário que cada átomo fosse dividido nêutrons

Portanto, para que o reator funcionasse, era necessário que cada átomo se dividisse nêutrons a haste de berílio, por sua vez, causou a divisão de outros átomos.

Boa fonte nêutrons era acessível mesmo para um laboratório pobre: ​​um pouco de rádio e alguns gramas de pó de berílio.

A mesma quantidade poderia ser obtida em um ciclotron em dois dias se usássemos nêutrons, eliminado de um alvo de berílio por deutérios acelerados.

Então foi possível mostrar que a radiação do berílio na verdade consiste em raios gama e um fluxo nêutrons.

Você vê, o fluxo original nêutrons será uma simples expansão esférica da explosão primária, mas será capturada pelo berílio”, explicou Fromm, ao lado de Kuati.

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Para a haste de carboneto de boro, altamente absorvente nêutrons, suspendeu um deslocador de grafite com 4,5 m de comprimento.

Substituir esses pilares por um deslocador de grafite menos absorvente nêutrons, e cria um reator local.

Tamanho mínimo O tamanho mínimo de um corpo natural inerte vivo de um corpo natural é determinado pela dispersão determinada pela respiração, matéria-energia - átomo, principalmente elétron gasoso, corpúsculo, migração biogênica de átomos nêutron etc.

A ideia de um núcleo composto de vida longa permitiu a Bohr prever que mesmo os muito lentos seriam adequados. nêutrons.

A diferença estrutural entre eles se resume ao número de prótons que contêm, nêutrons, mésons e elétrons, entretanto, cada adição sucessiva de um par próton-elétron ao sistema altera drasticamente as propriedades funcionais de toda a unidade agregada como um todo e esta é uma confirmação clara da regulação do número de fnl.

O reator RBMK-1000 é um reator tipo canal, moderador nêutrons- grafite, refrigerante - água comum.

NÊUTRON

NÊUTRON

(Inglês nêutron, do latim neutro - nem um nem outro) (n), elemento eletricamente neutro. partícula com spin 1/2 e massa ligeiramente superior à massa de um próton; pertence à classe dos hádrons e está incluído no grupo dos bárions. Todos os núcleos atômicos são construídos a partir de prótons e nitrogênio. N. inaugurado em 1932. físico J. Chadwick, que estabeleceu que o que foi descoberto foi pelos físicos V. Bothe e G. Becker, penetrante, que ocorre durante o bombardeio de at. núcleos a-partículas, consistem em não carregados. ch-ts com massa próxima ao próton.

N. são estáveis ​​​​apenas na composição de estáveis ​​​​em. núcleos. N. livre é uma partícula instável que decai de acordo com o esquema: n®p+e-+v=c (decaimento beta de N.); qua N. t=15,3 min. Nas substâncias, os nêutrons livres existem ainda menos (em substâncias densas - unidades - centenas de microssegundos) devido à sua forte absorção pelos núcleos. Portanto, N. livre ocorre na natureza ou é obtido em laboratório apenas como veneno. reações. Livre N., interagindo com at. núcleos, causa dif. . Maior eficiência de N. na aplicação do veneno. reações, a singularidade da interação com N. lento (efeitos de ressonância, espalhamento de difração em cristais, etc.) fazem de N. uma ferramenta extremamente importante para pesquisa em venenos. física e TV de física. corpo (ver NEUTRONOGRAFIA). Na prática As aplicações de N. desempenham um papel fundamental no envenenamento. energia, na produção de elementos transurânicos e radioatividade. isótopos (artificiais) e também são usados ​​em química. análise (análise de ativação) e em geol. exploração (registro de nêutrons).

Características básicas dos nêutrons.

Peso. A diferença entre as massas do nêutron e do próton é determinada com mais precisão: mn--mp=1,29344(7) MeV, medida pela energia. diferença de equilíbrio. EU. reações. Portanto (e o mp conhecido) mn = 939,5731(27) MeV ou mn»1,675X10-24 g»1840me (me - el-na).

Rotação e estatísticas. O spin de N. J foi medido dividindo um feixe de N. muito lento em um campo magnético não homogêneo. . De acordo com quant. mecânica, o feixe deve ser dividido em 2J+1 partes. cachos. A divisão em dois feixes foi observada, ou seja, para N. J = 1/2 e N. obedece às estatísticas de Fermi - Dirac (isto foi estabelecido de forma independente com base em dados experimentais sobre a estrutura dos núcleos at.).

A dispersão de nêutrons lentos por prótons em energias de até 15 MeV é esfericamente simétrica no centro do sistema de inércia. Isto indica que o espalhamento é determinado pela ação de np no estado relativo. movimentos de órbitas. momento l=0 (chamada onda S). A dispersão S prevalece sobre a dispersão em outros estados quando de Broglie N. ?? raio de ação do veneno. força Visto que com uma energia de 10 MeV para N.?2 10-13 cm, esta característica do espalhamento de N. nos prótons em tais energias fornece informações sobre a ordem de grandeza do raio de ação do veneno. força Segue-se da teoria do espalhamento de micropartículas que o espalhamento no estado S depende fracamente da forma detalhada do potencial de ação e é descrito com boa precisão por dois parâmetros: eff. raio r do potencial e comprimento de espalhamento a. Para descrever o espalhamento np, o número de parâmetros é duas vezes maior, pois o sistema pode estar em dois estados com valores diferentes de spin total: 1 (estado tripleto) e 0 (estado singleto). A experiência mostra que os comprimentos de dispersão de N. por um próton e eff. os raios de ação nos estados singleto e tripleto são diferentes, ou seja, veneno. as forças dependem do spin total h-ts. Em particular, comunicações. estado do sistema np - o núcleo de deutério pode existir apenas no spin 1. O comprimento de espalhamento no estado singleto, determinado a partir de experimentos de espalhamento pp (dois prótons no estado S, de acordo com o princípio de Pauli, só podem estar em um estado com spin total zero), é igual ao comprimento do espalhamento np no estado singleto. Isto é consistente com isótopos invariância de ação forte. Falta de conexões. sistemas np em estado singleto e isotópico. veneno de invariância. forças levam à conclusão de que uma conexão não pode existir. sistemas de dois N-- assim chamados. binêutron. Experimentos diretos de espalhamento nn não foram realizados devido à falta de alvos de nêutrons, mas indiretamente. dados (as propriedades dos núcleos) e outros mais diretos - o estudo das reações 3H+3H®4He+2n, p-+d®2n+g são consistentes com a hipótese isotópica. veneno de invariância. forças e a ausência de um binêutron. (Se existisse um binêutron, então nessas reações picos nas distribuições de energia das partículas a e quanta g correspondentes seriam observados em energias bastante certas.) Embora seja veneno. O efeito no estado singleto não é forte o suficiente para formar um binêutron; isso não exclui a possibilidade de formação de ligação. sistemas que consistem apenas em um grande número de núcleos de nêutrons (núcleos de três ou quatro nêutrons não foram detectados).

Interação eletromagnética.El.-magnético. Os santos de N. são determinados pela presença de magnésio. momento, bem como a distribuição existente dentro do N. irá colocar. e negar. cargas e correntes. Magn. O momento de N. determina o comportamento de N. em situações externas. el.-magn. campos: divisão do feixe N. em um campo magnético não homogêneo. campo, precessão de spin N. Int. el.-magn. a estrutura de um nêutron (ver FATOR DE FORMA) se manifesta durante o espalhamento de elétrons de alta energia em um nêutron e nos processos de produção de mésons em um nêutron por g-quanta. Efeito magnético momento N. com ímã. momentos das camadas eletrônicas dos átomos se manifestam significativamente para N., cujo comprimento de Broglie é??em. tamanhos (? NEUTRONOGRAFIA). Interferência magnética o espalhamento com nuclear permite obter feixes de N lento polarizado. Efeitos magnéticos. momento N. com elétrico o campo nuclear causa um efeito específico Espalhamento de Schwinger (indicado pela primeira vez pelo físico americano Yu. Schwinger). A dispersão total é pequena, mas em ângulos pequenos (= 3°) torna-se comparável à seção transversal do veneno. espalhamento; N., espalhados em tais ângulos, são altamente polarizados. A relação de N. com e-nom, não relacionada à sua. ou órbitas. momento el-na, chega ao principal. à ascensão do ímã. momento N. com elétrico campo de e-mail. Embora esse efeito seja muito pequeno, foi possível observá-lo na investigação. experimentos.

NÊUTRON(n) (do latim neutro - nem um nem outro) - uma partícula elementar com potência elétrica zero. carga e massa, ligeiramente maiores que a massa do próton. Junto com o próton sob o nome geral. O núcleon faz parte dos núcleos atômicos. H. tem spin 1/2 e portanto obedece Estatísticas Fermi-Dirac(é um férmion). Pertence à família adra-nov; tem número bariônico B = 1, ou seja, incluído no grupo bárions.

Descoberto em 1932 por J. Chadwick, que mostrou que a radiação de forte penetração resultante do bombardeio de núcleos de berílio por partículas α consiste em partículas eletricamente neutras com massa aproximadamente igual à de um próton. Em 1932, D. D. Ivanenko e W. Heisenberg apresentaram a hipótese de que os núcleos atômicos consistem em prótons e cargas H. diferentes. partículas, H. penetra facilmente nos núcleos em qualquer energia e é altamente provável que cause reações nucleares capture (n,g), (n,a), (n, p), se o balanço de energia na reação for positivo. Probabilidade de exotérmica a reação nuclear aumenta à medida que o H diminui.Inversamente proporcional. sua velocidade. Um aumento na probabilidade de reações de captura de H. quando elas são desaceleradas em meios contendo hidrogênio foi descoberto por E. Fermi e colaboradores em 1934. A capacidade de H. de causar a fissão de núcleos pesados, descoberta por O. Hahn e F. Strassmann (F. Strassman) em 1938 (ver. Ficão nuclear), serviu de base para a criação de armas nucleares e energia nuclear. A peculiaridade da interação com a matéria dos nêutrons lentos, que possuem comprimento de onda de De Broglie da ordem das distâncias atômicas (efeitos de ressonância, difração, etc.), serve de base para o uso generalizado de feixes de nêutrons na física do estado sólido. (Classificação de H. por energias - rápido, lento, térmico, frio, ultrafrio - ver Art. Física de nêutrons.)

No estado livre, H. é instável - sofre decaimento B; n p + e - + v e; seu tempo de vida t n = 898(14) s, a energia limite do espectro de elétrons é 782 keV (ver. Decaimento beta de nêutrons). No estado ligado como parte de núcleos estáveis, H. é estável (de acordo com estimativas experimentais, seu tempo de vida excede 10 32 anos). De acordo com astr. Estima-se que 15% da matéria visível do Universo seja representada por H., que faz parte dos 4 núcleos de He. H. é o principal componente estrelas de nêutrons. H. livres na natureza são formados em reações nucleares causadas por partículas α de decaimento radioativo, raios cósmicos e como resultado da fissão espontânea ou forçada de núcleos pesados. Arte. fontes de H. são reatores nucleares, explosões nucleares, aceleradores de prótons (em energia média) e elétrons com alvos feitos de elementos pesados. As fontes de feixes monocromáticos de H. com energia de 14 MeV são de baixa energia. aceleradores de deutério com alvo de trítio ou lítio e, no futuro, as instalações termonucleares termonucleares podem revelar-se fontes intensas desse tipo de H. (Cm. .)

Principais características do H.

Massa H. t p = 939,5731(27) MeV/s 2 = = 1,008664967(34) at. unidades massa 1,675. 10 -24 G. A diferença entre as massas de H. e do próton foi medida a partir do máx. precisão da energia. equilíbrio da reação de captura de H. por um próton: n + p d + g (g-energia quântica = 2,22 MeV), eu n- eu p = 1,293323 (16) MeV/c 2 .

Carga elétrica H. P n = 0. Medições diretas mais precisas P n são feitos desviando feixes de H. frio ou ultrafrio em eletrostático. campo: P n<= 3·10 -21 dela- carga do elétron). Kosv. Dados elétricos neutralidade macroscópica. quantidade de gás que eles dão Qn<= 2·10 -22 e.

Girar H. J.= 1/2 foi determinado a partir de experimentos diretos na divisão de um feixe H em um campo magnético não homogêneo. campo em dois componentes [no caso geral, o número de componentes é igual a (2 J. + 1)].

Momento magnético H. Apesar da neutralidade elétrica de H., seu momento magnético. o momento é significativamente diferente de zero: m n = - 1,91304184(88)m I, onde m I = e/ 2eu p c- nuclear magnetão (eu p - massa do próton); sinal magnético o momento é determinado em relação à direção de seu giro. Comparação magnética momentos do próton (m p = 2,7928456) e H. permitiram levantar a hipótese do papel do ambiente do méson p (revestimento) do núcleo “nu” na formação da estrutura do núcleo. A proporção de m p e m n (m p / m n - 3/2) pode ser explicada dentro da estrutura de ideias sobre a estrutura quark dos núcleons (veja abaixo). Naib. exatamente m n medido por comparação com o método m p ressonância magnética nuclear em um monte de frio H.

Momento de dipolo elétrico H. Momento de dipolo H. dinâmico, ou seja, induzido, pode surgir em uma corrente elétrica forte. campo, por ex. durante o espalhamento de H. em um núcleo pesado, ou durante o espalhamento de raios G em um deutério. Mudança na energia das partículas na energia elétrica. o campo é determinado pela relação D = -(a o 2 /2). E 2, onde 0 é a polarizabilidade da partícula, E - força do campo. Os experimentos dão às estimativas um 0<= 10 -42 см 3 (принята система единиц, в к-рой = Com= 1).

Estático elétrico o momento de dipolo (EDM) de uma partícula elementar deve ser identicamente igual a zero se as interações que ela experimenta são invariantes em relação a reversão do tempo (T-invariantes). EDM é diferente de zero se T-a invariância é quebrada, o que, de acordo com Teorema CPT(ou seja, invariância sob o produto conjunto conjugação de carga, inversão espacial e reversão de tempo), é equivalente a uma violação RS-invariância. Embora a violação RS-invariância foi descoberta em 1964 no decaimento de K 0 eu-méson, ainda RS-não foram observados efeitos não invariantes para outras partículas (ou sistemas). Em moderno teorias de calibre unificado de violação de partículas elementares T(ou CP)-invariância pode ocorrer em interação eletrofraca, embora a magnitude do efeito seja extremamente pequena. Diferença. modelos de violação RS-invariâncias predizem o valor de EDM H. no nível (10 -24 -10 -32) e. veja Por causa de sua eletricidade neutralidade H. é um objeto muito conveniente para pesquisar RS-não-invariância. Naib. método sensível e confiável - método NMR com eletricidade campo sobreposto ao ímã. iole. Mudando a direção da eletricidade campo, mantendo todas as outras características do espectrômetro de RMN ressonante, causa uma mudança na frequência de RMN pelo valor D v = -4dE, Onde d-EDM. Para ~ 10 -25 e. cm Dv ~10 -6 Hz. Usando o método de retenção de H. ultrafrio em um espectrômetro de RMN, é possível obter tal sensibilidade. Recebido máx. limitação exata no EDM H.: d n<= 2·10 -25 e. cm.

Estrutura H.

H., junto com o próton, pertence aos bárions mais leves. De acordo com o moderno ideias, consiste nas três valências mais leves quarks(dois d-quarks e um você-quark) de três cores formando uma combinação incolor. Além dos quarks de valência e daqueles que os ligam glúons o núcleon contém um “mar” de pares virtuais quark-antiquark, incluindo os pesados ​​(estranhos, encantados, etc.). Os números quânticos H. são inteiramente determinados pelo conjunto de quarks de valência e espaços. estrutura - a dinâmica de interação de quarks e glúons. Uma característica dessa interação é o aumento do efeito. constantes de interação ( eficaz cobrar)com o aumento da distância, de modo que o tamanho da área de interação é limitado pela chamada área. confinamento de quarks - uma região de confinamento de objetos coloridos, cujo raio é de aproximadamente 10 -13 cm (ver. Retenção de cor).

Consistente descrição da estrutura dos hádrons baseada em modernos teoria da interação forte - cromodinâmica quântica- ao mesmo tempo em que atende o teórico. dificuldades, no entanto, para muitos irá satisfazer completamente as tarefas. os resultados são dados por uma descrição da interação de núcleons, representados como objetos elementares, por meio da troca de mésons. Vamos experimentar. exploração de espaços. a estrutura de H. é realizada usando o espalhamento de léptons de alta energia (elétrons, múons, neutrinos, considerados na teoria moderna como partículas pontuais) em deutérios. A contribuição do espalhamento em um próton é medida em dep. experimento e pode ser subtraído usando a definição. irá calcular. procedimentos.

O espalhamento de elétrons elástico e quase elástico (com divisão de deutério) em um deutério torna possível encontrar a distribuição de densidade elétrica. carga e magnético momento H. ( fator de forma H.). De acordo com o experimento, a distribuição da densidade magnética. momento H. com uma precisão da ordem de vários. por cento coincide com a distribuição da densidade elétrica. carga de próton e tem um raio quadrático médio de ~ 0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. H. O fator de forma é descrito muito bem pelo chamado. dipolo f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2, onde q 2 - quadrado do momento transferido em unidades (GeV/c) 2.

Uma questão mais complexa é sobre a magnitude da corrente elétrica. (carga) fator de forma H. G E n. A partir de experimentos de espalhamento de deutério podemos concluir que G E n ( q 2 ) <= 0,1 no intervalo de quadrados dos impulsos transmitidos (0-1) (GeV/c) 2. No q 2 0 devido à igualdade a zero elétrico. carregar H. G E n- > 0, no entanto, pode ser determinado experimentalmente dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0. Este valor é máximo. exatamente encontrado a partir de medições comprimentos de dispersão H. na camada eletrônica de átomos pesados. Básico Parte desta interação é determinada pelo campo magnético. momento H. Máx. experimentos precisos fornecem o comprimento de espalhamento ne A ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, que difere do valor calculado determinado pelo campo magnético. momento H.: a ne = -1,468. 10 -16 cm A diferença entre esses valores dá a média quadrada elétrica. raio H.<R 2 E n >= = 0,088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2=0 = -0,02 F 2 . Esses números não podem ser considerados finais devido à grande dispersão e decomposição dos dados. experimentos excedendo os erros relatados.

Uma característica da interação de H. com a maioria dos núcleos é positiva. comprimento de espalhamento, o que leva ao coeficiente. refração< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. Óptica de nêutrons).

H. e interação fraca (eletrofraca). Uma importante fonte de informação sobre a interação eletrofraca é o decaimento b do H livre. No nível dos quarks, esse processo corresponde à transição. O processo inverso de interação de um antineutrino de elétron com um próton é chamado. decaimento b reverso. Esta classe de processos inclui captura eletrônica, ocorrendo em núcleos, re - n v e.

Decadência de H. livre levando em consideração a cinemática. os parâmetros são descritos por duas constantes - vetor G V, o que se deve corrente de conservação vetorial universos. constante de interação fraca e vetor axial GA, o valor do corte é determinado pela dinâmica dos componentes do núcleon que interagem fortemente - quarks e glúons. Funções de onda do H. inicial e do próton final e do elemento da matriz da transição n p devido ao isotópico. as invariâncias são calculadas com bastante precisão. Como resultado, o cálculo das constantes G V E GA do decaimento do H. livre (em contraste com os cálculos do decaimento b dos núcleos) não está associado à consideração de fatores estruturais nucleares.

O tempo de vida de H. sem levar em conta certas correções é igual a: t n = kg 2 V+ 3G 2 A) -1 , onde k inclui cinemática fatores e correções de Coulomb dependendo da energia limite do decaimento b e correções de radiação.

Probabilidade de decaimento do polarizador. H. com giro S , energias e momentos do elétron e antineutrino e R e, é geralmente descrito pela expressão:

Coef. correlações a, A, B, D pode ser representado como uma função de um parâmetro uma = (GA/G V,)exp( eu f). A fase f é diferente de zero ou p se T-invariância está quebrada. Na tabela dados experimentais são fornecidos. valores para esses coeficientes. e os significados resultantes a e f.

Há uma diferença notável entre esses dados. experimentos para t n, chegando a vários. por cento.

A descrição da interação eletrofraca envolvendo H. em energias mais altas é muito mais complicada devido à necessidade de levar em consideração a estrutura dos núcleons. Por exemplo, m - -captura, m - p n v m é descrito por pelo menos duas vezes o número de constantes. H. também experimenta interação eletrofraca com outros hádrons sem a participação de léptons. Esses processos incluem o seguinte.

1) Decaimentos de hiperons L np 0, S + np +, S - np -, etc. A probabilidade reduzida desses decaimentos é várias. vezes menos do que para partículas não estranhas, o que é descrito pela introdução do ângulo Cabibbo (ver. Esquina do Cabibo).

2) Interação fraca n - n ou n - p, que se manifesta como forças nucleares que não preservam espaços. paridade A magnitude usual dos efeitos por eles causados ​​é da ordem de 10 -6 -10 -7.

A interação de H. com núcleos médios e pesados ​​tem uma série de características, levando em alguns casos a significar. efeitos de melhoria não conservação da paridade em kernels. Um desses efeitos está relacionado. a diferença na seção transversal de absorção de H. com polarização na direção de propagação e contra ela, arestas no caso do núcleo 139 La é igual a 7% em = 1,33 eV, correspondendo a R- ressonância de nêutrons de onda. O motivo do aumento é a combinação de baixo consumo de energia. a largura dos estados do núcleo composto e a alta densidade de níveis com paridades opostas neste núcleo composto, o que fornece mistura 2-3 ordens de magnitude maior de componentes com paridades diferentes do que em estados de núcleos baixos. O resultado é uma série de efeitos: assimetria da emissão de g-quanta em relação ao spin dos polarizadores capturados. H. na reação (n, g), assimetria de emissão de carga. partículas durante o decaimento dos estados compostos na reação (n, p) ou a assimetria da emissão de um fragmento de fissão leve (ou pesado) na reação (n, f). As assimetrias têm um valor de 10 -4 -10 -3 na energia térmica H. V R ressonâncias de nêutrons de onda são realizadas além disso. aprimoramento associado à supressão da probabilidade de formação de um componente de preservação de paridade deste estado composto (devido à pequena largura de nêutrons R-ressonância) em relação ao componente de impureza com paridade oposta, que é é-ressonância-som. É a combinação de vários. fatores de amplificação permitem que um efeito extremamente fraco se manifeste com uma magnitude característica da interação nuclear.

Interações com violação do número bariônico. Teórico modelos grande unificação E superunificações prever a instabilidade dos bárions - sua decadência em léptons e mésons. Esses decaimentos podem ser perceptíveis apenas para os bárions mais leves - p e n, que fazem parte dos núcleos atômicos. Para interação com uma mudança no número bariônico em 1, D B= 1, seria de esperar uma transformação do tipo H.: n e + p - , ou uma transformação com emissão de mésons estranhos. A busca por processos desse tipo foi realizada em experimentos utilizando detectores subterrâneos com massa de vários. mil toneladas. Com base nesses experimentos, podemos concluir que o tempo de decaimento de H. com violação do número bariônico é superior a 10 32 anos.

Dr. possível tipo de interação com D EM= 2 pode levar ao fenômeno de interconversão de H. e antinêutrons no vácuo, ou seja, à oscilação . Na ausência de recursos externos campos ou em sua baixa magnitude, os estados de H. e do antinêutron são degenerados, pois suas massas são iguais, portanto mesmo uma interação ultrafraca pode misturá-los. O critério de pequeno externo campos é a pequenez da energia de interação magnética. momento H. com ímã. campo (n e n ~ têm momentos magnéticos de sinal oposto) em comparação com a energia determinada pelo tempo T observações H. (de acordo com a relação de incerteza), D<=hT-1. Ao observar a produção de antinêutrons em um feixe H de um reator ou outra fonte Té o tempo de voo H. até o detector. O número de antinêutrons no feixe aumenta quadraticamente com o aumento do tempo de vôo: /N n ~ ~ (T/t osc) 2, onde t osc é o tempo de oscilação.

Experimentos diretos de observação da produção em feixes de H. frio de um reator de alto fluxo fornecem uma limitação de t osc > 10 7 s. Nos experimentos em preparação, pode-se esperar um aumento na sensibilidade ao nível t osc ~ 10 9 s. As circunstâncias limitantes são máx. intensidade dos feixes de H. e simulação de fenômenos de aniquilação de antinêutrons no detector cósmico. raios.

Dr. método de observação de oscilações - observação da aniquilação de antinêutrons, que podem ser formados em núcleos estáveis. Além disso, devido à grande diferença entre as energias de interação do antinêutron emergente no núcleo e a energia de ligação H. eff. o tempo de observação torna-se ~ 10 -22 s, mas o grande número de núcleos observados (~ 10 32) compensa parcialmente a diminuição da sensibilidade em comparação com o experimento em feixes H. A partir dos dados de experimentos subterrâneos em busca de decaimento de prótons, a ausência de eventos com liberação de energia de ~ 2 GeV pode ser concluída com certa incerteza, dependendo do desconhecimento do tipo exato de interação do antinêutron dentro do núcleo, que t osc > (1-3). 10 7 pág. Criaturas O aumento do limite de t osc nesses experimentos é dificultado pelo fundo causado pela interação de partículas cósmicas. neutrinos com núcleos em detectores subterrâneos.

Deve-se notar que a busca pelo decaimento do núcleon com D B= 1 e a busca por -oscilações são experimentos independentes, uma vez que são causadas por fundamentalmente diferentes tipos de interações.

Interação gravitacional H. O nêutron é uma das poucas partículas elementares que caem na gravidade. O campo da Terra pode ser observado experimentalmente. A medição direta da aceleração gravitacional de H. foi realizada com precisão de 0,3% e não difere da macroscópica. A questão da conformidade continua relevante princípio de equivalência(igualdade de massas inerciais e gravitacionais) para H. e prótons.

Os experimentos mais precisos foram realizados pelo método Et-weight para corpos com diferentes médias. valores de proporção A/Z, Onde A- no. número, Z- carga dos núcleos (em unidades de carga elementar e). A partir desses experimentos segue-se que a aceleração da gravidade para H. e prótons é idêntica ao nível de 2·10 -9, e a igualdade da gravidade. e massas inertes ao nível de ~10 -12.

Gravidade aceleração e desaceleração são amplamente utilizadas em experimentos com H ultrafrio. Aplicação da gravidade. Um refratômetro para H. frio e ultrafrio permite medir com grande precisão os comprimentos de espalhamento coerente de H. em uma substância.

H. em cosmologia e astrofísica

De acordo com o moderno ideias, no modelo Hot Universe (ver. Teoria do Universo Quente)A formação de bárions, incluindo prótons e hidrogênio, ocorre nos primeiros minutos de vida do Universo. Posteriormente, uma determinada parte do H., que não teve tempo de decair, é capturada por prótons com a formação de 4 He. A proporção de hidrogênio e 4 He é de 70% a 30% em peso. Durante a formação das estrelas e sua evolução, nucleossíntese, até núcleos de ferro. A formação de núcleos mais pesados ​​ocorre como resultado de explosões de supernovas com o nascimento de estrelas de nêutrons, criando a possibilidade de sucessivas. captura de H. por nuclídeos. Neste caso, a combinação dos chamados. é-processo - captura lenta de H. com decaimento b entre capturas sucessivas e R-processo - sequencial rápido. captura durante explosões de estrelas principalmente. pode explicar o observado prevalência de elementos no espaço objetos.

No componente primário do cósmico Os raios H. provavelmente estão ausentes devido à sua instabilidade. H., formado na superfície da Terra, difundindo-se no espaço. espaço e aqueles que lá decaem aparentemente contribuem para a formação dos componentes de elétrons e prótons cinturões de radiação Terra.

Aceso.: Gurevich I.S., Tarasov L.V., Física de nêutrons de baixa energia, M., 1965; Alexandrov Yu. A. Propriedades fundamentais do nêutron, 2ª ed., M., 1982.

O que é um nêutron na física. Sua estrutura, bem como seu importante papel na estabilidade do núcleo atômico. História da descoberta do nêutron. Propriedades de nêutrons rápidos e lentos...

O que é um nêutron na física: estrutura, propriedades e uso

Da Masterweb

31.05.2018 12:00

O que é um nêutron? Essa questão surge com mais frequência entre pessoas que não estão envolvidas com física nuclear, porque um nêutron na física nuclear é entendido como uma partícula elementar que não tem carga elétrica e tem uma massa 1838,4 vezes maior que a de um elétron. Juntamente com o próton, cuja massa é ligeiramente menor que a massa do nêutron, é o “bloco de construção” do núcleo atômico. Na física de partículas, o nêutron e o próton são considerados duas formas diferentes da mesma partícula, o núcleon.

Estrutura de nêutrons

O nêutron está presente nos núcleos atômicos de todos os elementos químicos, com exceção do átomo de hidrogênio, cujo núcleo é um próton. O que é um nêutron, que estrutura ele possui? Embora seja chamado de “bloco de construção” elementar do núcleo, ainda possui sua própria estrutura interna. Em particular, pertence à família dos bárions e consiste em três quarks, dois dos quais são quarks down e um é um quark up. Todos os quarks têm carga elétrica fracionária: o de cima tem carga positiva (+2/3 da carga do elétron) e o de baixo tem carga negativa (-1/3 da carga do elétron). É por isso que o nêutron não tem carga elétrica, pois é simplesmente compensado pelos quarks que o compõem. No entanto, o momento magnético do nêutron não é zero.

Na composição do nêutron, cuja definição foi dada acima, cada quark está conectado aos demais através de um campo de glúons. O glúon é a partícula responsável pela formação das forças nucleares.

Além da massa em quilogramas e unidades de massa atômica, na física nuclear a massa de uma partícula também é descrita em GeV (gigaelétron-volts). Isso se tornou possível depois que Einstein descobriu sua famosa equação E=mc2, que relaciona energia com massa. O que é um nêutron em GeV? Este valor é 0,0009396, que é ligeiramente maior que o do próton (0,0009383).

Estabilidade dos núcleos de nêutrons e atômicos

A presença de nêutrons nos núcleos atômicos é muito importante para sua estabilidade e para a possibilidade da existência da própria estrutura atômica e da matéria como um todo. O fato é que os prótons, que também compõem o núcleo atômico, têm carga positiva. E reuni-los a distâncias próximas requer o gasto de enorme energia devido à repulsão elétrica de Coulomb. As forças nucleares que atuam entre nêutrons e prótons são 2 a 3 ordens de magnitude mais fortes que as forças de Coulomb. Portanto, eles são capazes de reter partículas carregadas positivamente a distâncias próximas. As interações nucleares são de curto alcance e se manifestam apenas dentro do tamanho do núcleo.

A fórmula de nêutrons é usada para encontrar seu número no núcleo. Fica assim: número de nêutrons = massa atômica do elemento - número atômico na tabela periódica.

Um nêutron livre é uma partícula instável. Sua vida média é de 15 minutos, após os quais ele se decompõe em três partículas:

• elétron;
• próton;
• antineutrino.

Pré-requisitos para a descoberta do nêutron

A existência teórica do nêutron na física foi proposta em 1920 por Ernest Rutherford, que tentou explicar por que os núcleos atômicos não se desintegram devido à repulsão eletromagnética dos prótons.

Ainda antes, em 1909, na Alemanha, Bothe e Becker estabeleceram que se elementos leves, por exemplo, berílio, boro ou lítio, são irradiados com partículas alfa de alta energia do polônio, então é formada uma radiação que passa por qualquer espessura de vários materiais. Eles presumiram que se tratava de radiação gama, mas nenhuma radiação conhecida naquela época tinha um poder de penetração tão grande. Os experimentos de Bothe e Becker não foram interpretados adequadamente.

Descoberta do nêutron

A existência do nêutron foi descoberta pelo físico inglês James Chadwick em 1932. Ele estudou a radiação radioativa do berílio, realizou uma série de experimentos, obtendo resultados que não coincidiam com os previstos pelas fórmulas físicas: a energia da radiação radioativa ultrapassava em muito os valores teóricos e a lei da conservação do momento também foi violada. Portanto, foi necessário aceitar uma das hipóteses:

1. Ou o momento angular não é conservado durante os processos nucleares.
2. Ou a radiação radioativa consiste em partículas.

O cientista rejeitou a primeira suposição, uma vez que contradiz as leis físicas fundamentais, por isso aceitou a segunda hipótese. Chadwick mostrou que a radiação em seus experimentos é formada por partículas com carga zero, que possuem forte capacidade de penetração. Além disso, ele conseguiu medir a massa dessas partículas, constatando que ela era um pouco maior que a do próton.

Nêutrons lentos e rápidos

Dependendo da energia que um nêutron possui, ele é denominado lento (cerca de 0,01 MeV) ou rápido (cerca de 1 MeV). Esta classificação é importante porque algumas de suas propriedades dependem da velocidade do nêutron. Em particular, os nêutrons rápidos são bem capturados pelos núcleos, levando à formação de seus isótopos e causando sua fissão. Os nêutrons lentos são mal capturados pelos núcleos de quase todos os materiais, de modo que podem passar sem impedimentos através de camadas espessas de matéria.

O papel do nêutron na fissão do núcleo de urânio

Se você se perguntar o que é um nêutron na energia nuclear, então podemos dizer com segurança que é um meio de induzir o processo de fissão do núcleo de urânio, acompanhado pela liberação de grande energia. Durante esta reação de fissão, também são produzidos nêutrons de velocidades variadas. Por sua vez, os nêutrons gerados induzem o decaimento de outros núcleos de urânio, e a reação prossegue em cadeia.

Se a reação de fissão do urânio não for controlada, ocorrerá uma explosão do volume de reação. Este efeito é usado em bombas nucleares. A reação de fissão controlada do urânio é a fonte de energia nas usinas nucleares.

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