Нейтрон – це елементарна частинка без електричного заряду, що входить до складу ядра атома.
Історія відкриття нейтрона
Відкриття нейтрона було важливою подією в історії науки. До цього часу відомо було про дві основні частинки атома: електрони, які рухаються навколо ядра з від’ємним зарядом, та протони, які мають додатній заряд і утворюють ядро. Якщо враховувати взаємодію протонів з електронами, то атом мав би бути нестійким, оскільки електрони повинні рухатися по колу навколо ядра і випромінювати енергію. Однак, було відомо, що атоми є стійкими і існують тривалий час. Тому, у 1930 році, було запропоновано існування ще однієї нейтральної частинки, яка утримує ядра разом.
У 1932 році, Джеймс Чедвік замовив від Мілтона Гамільтона, щоб той зробив експеримент для виявлення цієї нової частинки. Гамільтон використовував високоенергетичні протони, які були випущені з пушки, щоб бомбардувати берилієві ядра. Після цього ядра берилію викидалися в зону детектора, який мав на меті виявити вторинні частинки, випущені під час розпаду ядер. Після кількох місяців роботи Гамільтон та його колега Джон Кромштроут виявили нову нейтральну частинку, яку назвали нейтроном.
Фізичні властивості та будова нейтрона
Нейтрон є елементарною частинкою без електричного заряду. Він має масу, яка приблизно дорівнює масі протона, і його розмір дещо більше за розмір протона. Фактично, нейтрон і протон мають дуже схожі фізичні властивості, за винятком того, що нейтрон не має електричного заряду.
Нейтрон складається з трьох основних частинок: двох довгих кварків та одного короткого кварку. Кварки – це елементарні частинки, з яких складаються протони та нейтрони. Довгі кварки, які мають назви “верхній” та “нижній”, мають електричний заряд, тоді як короткий кварк, який називається “середній”, не має електричного заряду.
Хоча нейтрон не має електричного заряду, він має магнітний момент. Магнітний момент нейтрона є відображенням того, як швидко він обертається навколо своєї осі. Однією з ключових властивостей нейтрона є його взаємодія з іншими частинками. Якщо нейтрон стикається з протоном, то вони можуть утворити ядро. Якщо нейтрон стикається з іншим нейтроном, то може відбутися ядерний розпад.
Існує два типи нейтронів – легкі та важкі. Легкі нейтрони мають масу приблизно 1,008665 далтонів, тоді як важкі нейтрони мають масу приблизно 1,009187 далтонів. Легкі нейтрони найчастіше зустрічаються в природі, а важкі нейтрони виникають в результаті ядерних реакцій.
Іншою важливою характеристикою нейтрона є його період напіврозпаду. Період напіврозпаду – це час, за який половина з певної кількості радіоактивних частинок розпадається. У випадку з нейтронами, період напіврозпаду дуже короткий – близько 10 хвилин.
Нейтрони можуть існувати в різних енергетичних станах, що відображається у їх спектрі. Відповідно до законів квантової механіки, енергетичний стан нейтрона може бути представлений як комбінація різних значень спіна та кутового моменту.
Нейтрони також мають властивість засвоювати нейтрони. Це означає, що якщо нейтрон взаємодіє з іншим нейтроном, він може збільшити свою енергію та вийти з ядра, що може призвести до розщеплення ядра та виникнення ядерної реакції ланцюгової реакції. Це процес, який використовується у ядерних реакторах на атомних електростанціях та ядерних бомбах.
Нейтрони також мають властивість розсіюватися на ядрах, що може використовуватися для вивчення властивостей ядер. Для цього нейтрони піддаються розсіюванню на пробнику, а потім аналізуються за допомогою детекторів.
Ще однією властивістю нейтронів є їх взаємодія з різними матеріалами. Нейтрони можуть бути замедлені у різних матеріалах, що може бути використано для контролю над ядерними реакціями та застосувано у промисловості.
Заключення
У цій статті було розглянуто історію відкриття нейтрона, його фізичні властивості та будову.
Нейтрон – це фундаментальна частинка, яка не має заряду, але має масу, магнітний момент та інші властивості.
Нейтрон має важливі застосування у ядерній фізиці, медицині, промисловості та інших галузях.
Наприклад, нейтронні джерела можуть використовуватися для індустріального контролю та діагностики матеріалів.
Також нейтрони використовуються у лікуванні раку та інших захворювань.