Обяснителен речник на руския език. Д.Н. Ушаков

неутрон

неутрон, м. (от лат. neutrum, букв. нито едното, нито другото) (физ. нов). Материална частица, влизаща в ядрото на атом, лишена от електрически заряд, електрически неутрална.

Обяснителен речник на руския език. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.

неутрон

А, м. (специален). Електрически неутрален елементарна частицас маса почти равна на масата на протон.

прил. неутронен, -ая, -ох.

Нов тълковен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова.

неутрон

м. Електрически неутрална елементарна частица.

Енциклопедичен речник, 1998

неутрон

НЕУТРОН (англ. neutron, от лат. neuter - нито едното, нито другото) (н) неутрална елементарна частица със спин 1/2 и маса, превишаваща масата на протона с 2,5 маси на електрона; се отнася до бариони. В свободно състояние неутронът е нестабилен и има време на живот приблизително. 16 мин. Заедно с протоните се образува неутрон атомни ядра; в ядрата неутронът е стабилен.

Неутрон

(англ. neutron, от лат. neuter ≈ нито едното, нито другото; символ n), неутрална (без електрически заряд) елементарна частица със спин 1/2 (в единици константа на Планк) и маса, малко по-голяма от масата на протон. Всички атомни ядра са изградени от протони и азот. Магнитният момент на магнетона е равен приблизително на два ядрени магнетона и е отрицателен, т.е. той е насочен срещу механичния, спиновия, ъглов момент. Н. принадлежат към класа на силно взаимодействащи частици (адрони) и са включени в групата на барионите, т.е. имат специална вътрешна характеристика ≈ барионен заряд, равен, като този на протона (p), +

Н. са открити през 1932г английски физик J. Chadwick, който установи, че проникващата радиация, открита от немските физици W. Bothe и G. Becker, която възниква, когато атомните ядра (по-специално берилий) са бомбардирани от a-частици, се състои от незаредени частици с маса, близка до маса на протон.

Н. са стабилни само в състава на стабилни атомни ядра. Свободният N. е нестабилна частица, която се разпада на протон, електрон (e-) и електронно антинеутрино:

средно време на живот на N. t » 16 min. В материята свободните неутрони съществуват още по-малко (в плътните вещества единици ≈ стотни микросекунди) поради силното им поглъщане от ядрата. Следователно свободните неутрони възникват в природата или се получават в лабораторията само в резултат на ядрени реакции (виж Източници на неутрони). На свой ред свободният азот е способен да взаимодейства с атомните ядра, до най-тежките; изчезвайки, N. предизвиква една или друга ядрена реакция, от която особено значение има деленето на тежки ядра, както и радиационното улавяне на N., водещо в някои случаи до образуването на радиоактивни изотопи. Голямата ефективност на неутроните при извършване на ядрени реакции и уникалната природа на взаимодействието на много бавни ядра с материята (резонансни ефекти, дифракционно разсейване в кристали и др.) правят азота изключително важен изследователски инструмент в ядрена физикаи физика твърдо. В практическите приложения неутроните играят ключова роля в производството на ядрена енергия от трансуранови елементи и радиоактивни изотопи (изкуствена радиоактивност), а също така се използват широко в химичния анализ (активационен анализ) и геоложките проучвания (неутронен каротаж).

В зависимост от енергията на неутроните е възприета конвенционална класификация: ултрастудени неутрони (до 10-7 eV), много студени (10-7≈10-4 eV), студени (10-4≈5×10-3 eV ), термичен (5 × 10-3≈0,5 eV), резонансен (0,5≈104 eV), междинен (104≈105 eV), бърз (105≈108 eV), високоенергиен (108≈1010 eV) и релативистичен ( ³ 1010 eV); Всички неутрони с енергия до 105 eV се наричат ​​общо бавни неутрони.

══За методи за регистриране на неутрони вижте Неутронни детектори.

Основни характеристики на неутроните

Тегло. Най-точно определената стойност е разликата между масите на ядрата и протона: mn ≈ mр= (1.29344 ╠ 0.00007) MeV, измерена от енергийния баланс на различни ядрени реакции. Сравнявайки това количество с масата на протона, получаваме (в енергийни единици)

mn = (939,5527 ╠ 0,0052) MeV;

това съответства на mn" 1.6╥10-24g, или mn" 1840 mе, където mе ≈ маса на електрона.

Спин и статистика.Стойността на 1/2 за спин N се потвърждава от голям брой факти. Спинът беше директно измерен в експерименти за разделяне на лъч от много бавни неутрони в нееднородно магнитно поле. В общия случай лъчът трябва да се раздели на 2J+ 1 отделни лъча, където J ≈ spin H. В експеримента се наблюдава разделяне на 2 лъча, което означава, че J = 1/

Като частица с полуцяло спин, Н. се подчинява на статистиката на Ферми ≈ Дирак (тя е фермион); Това е независимо установено въз основа на експериментални данни за структурата на атомните ядра (виж Ядрени обвивки).

Електрически заряднеутрон Q = 0. Директните измервания на Q от отклонението на N лъча в силно електрическо поле показват, че поне Q< 10-17e, где е ≈ элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2╥10-22е.

други квантови числанеутрон. По своите свойства азотът е много близък до протона: n и p имат почти равни маси, еднакъв спин и са способни взаимно да се трансформират един в друг, например в процеси на бета-разпад; те се проявяват по същия начин в процеси, причинени от силно взаимодействие, по-специално ядрените сили, действащи между двойки p≈p, n≈p и n≈n са еднакви (ако частиците са съответно в едни и същи състояния). Такова дълбоко сходство ни позволява да разглеждаме нуклона и протона като една частица ≈ нуклон, която може да бъде в две различни състояния, различаващи се по електрически заряд Q. Нуклонът в състояние с Q = + 1 е протон, с Q = 0 ≈ H. Съответно на нуклона се приписва (по аналогия с обикновения спин) някаква вътрешна характеристика ≈ изотоничен спин I, равна на 1/2, чиято „проекция“ може да вземе (според Общи правила квантова механика) 2I + 1 = 2 стойности: + 1/2 и ≈1/2. Така n и p образуват изотопен дублет (виж Изотопна инвариантност): нуклон в състояние с проекция на изотопния спин върху оста на квантуване + 1/2 е протон, а с проекция ≈1/2 ≈ H. Като компоненти на изотопния дублет, N и протонът, според съвременната систематика на елементарните частици, имат еднакви квантови числа: барионен заряд B = + 1, лептонен заряд L = 0, странност S = 0 и положителен вътрешен паритет. Изотопният дублет на нуклоните е част от по-широка група от „подобни“ частици ≈ така наречения октет от бариони с J = 1/2, B = 1 и положителен вътрешен паритет; в допълнение към n и p, тази група включва L-, S╠-, S0-, X
--, X0-хиперони, различаващи се от n и p по странност (виж Елементарни частици).

Магнитен диполен момент на неутрона,определено от експерименти с ядрено-магнитен резонанс е равно на:

mn = ≈ (1,91315 ╠ 0,00007) mе,

където mя=5.05×10-24erg/gs ≈ ядрен магнетон. Частица със спин 1/2, описана от уравнението на Дирак, трябва да има магнитен момент, равен на един магнетон, ако е заредена, и нула, ако не е заредена. Наличност магнитен моментв N., както и аномалната стойност на магнитния момент на протона (mр = 2.79mя), показва, че тези частици имат комплекс вътрешна структура, т.е вътре в тях има електрически токове, създавайки допълнителен „аномален“ магнитен момент на протона от 1,79 m и приблизително равен по големина и противоположен по знак магнитен момент N. (≈1,9 m) (виж по-долу).

Електричен диполен момент.От теоретична гледна точка електрическият диполен момент d на всяка елементарна частица трябва да бъде равен на нула, ако взаимодействията на елементарните частици са инвариантни при обръщане на времето (Т-инвариантност). Търсенето на електричния диполен момент в елементарните частици е една от проверките на това фундаментално положение на теорията и от всички елементарни частици Н. е най-удобната частица за такива търсения. Експерименти с помощта на метода магнитен резонансна лъч студен Н. показа, че д.н< 10-23см╥e. Это означает, что сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия с большой точностью Т-инвариантны.

Неутронни взаимодействия

Н. участват във всички известни взаимодействия на елементарните частици - силни, електромагнитни, слаби и гравитационни.

Силно взаимодействие на неутрони. N и протонът участват в силни взаимодействия като компоненти на един изотопен дублет от нуклони. Изотопната инвариантност на силните взаимодействия води до определена връзка между характеристиките на различни процеси, включващи ядра и протони, например ефективните напречни сечения за разсейване на p+ мезон върху протон и p
-мезон върху N. са равни, тъй като системите p+p и p-n имат еднакъв изотопен спин I = 3/2 и се различават само в стойностите на проекцията на изотопния спин I3 (I3 = + 3/2 в първият и I3 = ≈ 3/2 във втория случай), напречните сечения на разсейване на K+ върху протон и K╟ върху H са идентични и т.н. Валидността на този вид връзка е експериментално проверена в голям брой експерименти на високоенергийни ускорители. [Поради липсата на мишени, състоящи се от неутрони, данните за взаимодействието на различни нестабилни частици с ядра се извличат главно от експерименти върху разсейването на тези частици върху деутрона (d) ≈ ​​​​най-простото ядро, съдържащо ядра.]

При ниски енергии действителните взаимодействия на неутрони и протони със заредени частици и атомни ядра се различават значително поради наличието на електрически заряд върху протона, което определя съществуването на далечни кулонови сили между протона и други заредени частици на разстояния при които практически липсват ядрени сили с малък обсег. Ако енергията на сблъсъка на протон с протон или атомно ядро ​​е под височината на кулоновата бариера (която за тежките ядра е около 15 MeV), протонът се разсейва главно поради електростатичните сили на отблъскване, които не позволяват на частиците за приближаване до разстояния от порядъка на радиуса на действие на ядрените сили. Липсата на електрически заряд на N. му позволява да проникне в електронните обвивки на атомите и свободно да се доближава до атомните ядра. Именно това определя уникалната способност на неутроните при относително ниски енергии да предизвикват различни ядрени реакции, включително реакцията на делене на тежки ядра. За методите и резултатите от изследванията на взаимодействието на N. с ядра вижте статиите Бавни неутрони, Неутронна спектроскопия, Ядра на атомно делене, Разсейване на бавни неутрони върху протони при енергии до 15 MeV е сферично симетрично в центъра на инерционната система. Това показва, че разсейването се определя от взаимодействието n ≈ р в състояние на относително движение с орбитален ъглов момент l = 0 (т.нар. S-вълна). Разсейването в S-състоянието е специфично квантовомеханично явление, което няма аналог в класическа механика. То преобладава над разсейването в други състояния, когато дължината на вълната на де Бройл е H.

от порядъка на или по-голям от радиуса на действие на ядрените сили (≈ константата на Планк, v ≈ N. скорост). Тъй като при енергия от 10 MeV дължината на вълната е H.

Тази особеност на ядреното разсейване върху протони при такива енергии директно предоставя информация за порядъка на големината на радиуса на действие на ядрените сили. Теоретичното разглеждане показва, че разсейването в S-състояние зависи слабо от детайлната форма на потенциала на взаимодействие и се описва с добра точност от два параметъра: ефективния радиус на потенциала r и така наречената дължина на разсейване a. Всъщност, за да се опише разсейването n ≈ p, броят на параметрите е два пъти по-голям, тъй като системата np може да бъде в две състояния с различни стойности на общия спин: J = 1 (триплетно състояние) и J = 0 (синглетно състояние). Опитът показва, че дължините на разсейване на водорода от протон и ефективните радиуси на взаимодействие в синглетното и триплетното състояние са различни, т.е.ядрените сили зависят от общия спин на частиците.От експериментите също следва, че свързаното състояние на система np (деутериево ядро) може да съществува само когато общият спин е 1, докато в синглетното състояние големината на ядрените сили е недостатъчна за образуване на свързано състояние H. ≈ протон. Дължината на ядреното разсейване в синглетно състояние, определена от експерименти за разсейване на протони върху протони (два протона в S-състояние, според принципа на Паули, могат да бъдат само в състояние с нулев общ спин), е равна на дължината на разсейване n≈p в синглетно състояние. Това е в съответствие с изотопната инвариантност на силните взаимодействия. Липсата на свързана система в синглетното състояние и изотопната инвариантност на ядрените сили водят до заключението, че свързана система от два неутрона, така нареченият бинеутрон, не може да съществува (подобно на протоните, два неутрона в S-състояние трябва имат общо въртене равно на нула). Директни експерименти върху n≈n разсейване не са проведени поради липсата на неутронни мишени, но косвени данни (свойства на ядра) и по-директни ≈ изследвания на реакциите 3H + 3H ╝ 4He + 2n, p- + d ╝ 2n + g ≈ са в съответствие с хипотезата за изотопна инвариантност на ядрените сили и отсъствието на бинеутрон. [Ако бинеутрон съществуваше, тогава в тези реакции пикове в енергийните разпределения на a-частиците (4He ядра) и g-квантите, съответно, биха се наблюдавали при добре дефинирани енергийни стойности.] Въпреки че ядреното взаимодействие в синглетното състояние е не е достатъчно силен, за да образува бинеутрон, не се изключва възможността за образуване на свързана система, състояща се от голямо числоН. сам ≈ неутронни ядра. Този въпрос изисква допълнително теоретично и експериментално проучване. Опитите за експериментално откриване на ядра от три до четири нуклеотида, както и ядра 4H, 5H и 6H, все още не са дали резултат положителен резултат, Въпреки липсата последователна теориясилни взаимодействия, въз основа на редица съществуващи идеи, е възможно да се разберат качествено някои закономерности на силните взаимодействия и структурата на неутроните.Според тези идеи силното взаимодействие между неутрони и други адрони (например протон) се осъществява чрез обменът на виртуални адрони (виж Виртуални частици) ≈ p -мезони, r-мезони и т.н. Тази картина на взаимодействие обяснява природата на ядрените сили с малък обсег, чийто радиус се определя от дължината на вълната на Compton на най-лекия адрон ≈ p -мезон (равен на 1,4 × 10-13 cm). В същото време това показва възможността за виртуална трансформация на неутрони в други адрони, например процеса на излъчване и абсорбция на p-мезона: n ╝ p + p- ╝ n. Интензивността на силните взаимодействия, известна от опита, е такава, че N. трябва да прекарва по-голямата част от времето в такива „дисоциирани“ състояния, като е в „облак“ от виртуални р-мезони и други адрони. Това води до пространствено разпределение на електрическия заряд и магнитния момент вътре в магнита, чиито физически размери се определят от размера на „облака“ от виртуални частици (вижте също Фактор на формата). По-специално се оказва възможно да се интерпретира качествено гореспоменатото приблизително равенство по абсолютна стойност на аномалните магнитни моменти на неутрон и протон, ако приемем, че магнитният момент на неутрон се създава от орбиталното движение на заредена p
--мезони, излъчвани виртуално в процеса n ╝ p + p- ╝ n, и аномалния магнитен момент на протона ≈ орбиталното движение на виртуален облак от p+ мезони, създаден от процеса p ╝ n + p+ ╝ p.

Електромагнитни взаимодействия на неутрона.Електромагнитните свойства на метала се определят от наличието на магнитен момент, както и от разпределението на положителните и отрицателните заряди и токове, съществуващи вътре в метала. Всички тези характеристики, както следва от предишното, са свързани с участието на N. в силни взаимодействия, които определят неговата структура. Магнитният момент на Н. определя поведението на Н. във външни електромагнитни полета: разделяне на неутронен сноп в нехомогенно магнитно поле, прецесия на спина на неутрона Вътрешната електромагнитна структура на неутрона се проявява при разсейването на високоенергийни електрони от неутрон и в процесите на производство на мезони върху неутрон от g-кванти (мезонно фотопроизводство). Електромагнитните взаимодействия на неутроните с електронните обвивки на атомите и атомните ядра водят до редица явления, които имат важнода изучава структурата на материята. Взаимодействието на магнитния момент на неутроните с магнитните моменти на електронните обвивки на атомите се проявява значително за неутрони, чиято дължина на вълната е от порядъка на или по-голяма от атомните размери (енергия 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).

Взаимодействие на магнитния момент на N. с електрическо полеядра причинява специфично ядрено разсейване, посочено за първи път от американския физик Дж. Швингер и поради това наречено „разсейване на Швингер“. Общото напречно сечение за това разсейване е малко, но при малки ъгли (~ 3°) то става сравнимо с напречното сечение за ядрено разсейване; Н., разпръснати под такива ъгли, са силно поляризирани.

Взаимодействието на магнетизма ≈ електрон (n≈e), което не е свързано със собствения или орбиталния импулс на електрона, се свежда главно до взаимодействието на магнитния момент на магнетизма с електрическото поле на електрона. Друг, очевидно по-малък, принос към (n≈e) взаимодействието може да се дължи на разпределението на електрически заряди и токове вътре в N. Въпреки че (n≈e) взаимодействието е много малко, то е наблюдавано в няколко експеримента.

Слабо неутронно взаимодействиесе проявява в процеси като разпадането на N.:

улавяне на електронно антинеутрино от протон:

и мюонно неутрино (nm) чрез неутрон: nm + n ╝ p + m-, ядрено улавяне на мюони: m- + p ╝ n + nm, разпадане на странни частици, например L ╝ p╟ + n и др.

Гравитационно взаимодействие на неутрона. N. е единствената елементарна частица с маса на покой, за която директно се наблюдава гравитационно взаимодействие - кривина в поле земно притеглянетраектории на добре колимиран сноп студени неутрони Измереното гравитационно ускорение на неутроните в границите на експерименталната точност съвпада с гравитационното ускорение на макроскопичните тела.

Неутроните във Вселената и околоземното пространство

Въпросът за количеството неутрони във Вселената в ранните етапи на нейното разширяване играе важна роля в космологията. Според модела гореща вселена(виж Космология), значителна част от първоначално съществуващите свободни неутрони успяват да се разпаднат по време на разширяване. Частта от водорода, която е уловена от протони, в крайна сметка трябва да доведе до приблизително 30% съдържание на He ядра и 70% протони. Експерименталното определяне на процентния състав на He във Вселената е един от критичните тестове на модела на горещата Вселена.

Еволюцията на звездите в някои случаи води до образуването на неутронни звезди, които включват по-специално така наречените пулсари.

Поради тяхната нестабилност, неутроните отсъстват от основния компонент на космическите лъчи. Въпреки това, взаимодействията на частиците на космическите лъчи с ядрата на атомите в земната атмосфера водят до генериране на ядра в атмосферата. Реакцията 14N (n, p) 14C, причинена от тези N., е основният източник на радиоактивния въглероден изотоп 14C в атмосферата, откъдето той навлиза в живите организми; Радиовъглеродният метод на геохронологията се основава на определяне на съдържанието на 14C в органични останки. Разпадането на бавни неутрони, дифундиращи от атмосферата в околоземното пространство, е един от основните източници на електрони, запълващи вътрешната област на радиационния пояс на Земята.

Бомбардиране на уранови ядра неутрониберилиевият прът отне много повече енергия, отколкото беше освободена по време на първичното делене.

Следователно, за да работи реакторът, беше необходимо всеки атом да бъде разделен неутрони

Следователно, за да работи реакторът, беше необходимо всеки атом да се раздели неутрониберилиевият прът от своя страна е причинил разделянето на други атоми.

Добър източник неутронибеше достъпен дори за бедна лаборатория: малко радий и няколко грама берилиев прах.

Същото количество може да се получи в циклотрон за два дни, ако използваме неутрони, нокаутиран от берилиева мишена от ускорени дейтрони.

Тогава беше възможно да се покаже, че радиацията на берилий всъщност се състои от гама лъчи и поток неутрони.

Виждате ли, оригиналният поток неутронище бъде просто сферично разширение от първичната експлозия, но ще бъде уловено от берилий“, обясни Фром, застанал до Куати.

Ад, акаша, алкохолизъм, ангел, антиматерия, антигравитация, антифотон, астения, астрология, атом, Армагедон, аура, автогенно обучение, делириум тременс, безсъние, безстрастие, Бог, божествено, божествен път, будизъм, будхи, бъдеще, бъдеще на Вселена, бъдеще слънчева система, вакуум, Голям обет, вещество, виртуално, влияние върху съдбата, извънземна цивилизация, Вселена, глобален потоп, въплъщение, време, Висш разум, Висше знание, галактика, геоложки периоди, Хермес Трисмегист, хиперон, хипноза, мозък, хороскоп, гравитационни вълни, гравитация, гуна, Дао, двойно, деперсонализация, масов дефект, демон, Дзен будизъм, добро зло, ДНК, Древно познание, континентален дрейф, Дух, душа, дхяна, дявол, Обединена теория на полето, живот, психични заболявания, произход на живота , звезда, земен живот, знание за бъдещето, знание, зомбита, зомбификация, промяна на съдбата, променени състояния на съзнанието, измерване на материята, Emerald Tablet, имунната система, инстинкт, интелигентност, интуиция, огъване на светлината, изкуство

Към пръчката от борен карбид, силно абсорбираща неутрони, окачен графитен изместител с дължина 4,5 m.

Подмяна на тези стълбове с графитен изместител, който е по-малко абсорбиращ неутрони, и създава локален реактор.

Минимален размер Минималният размер на живо инертно естествено тяло на естествено тяло се определя от дисперсията, определена от дишането, материя-енергия - атом, главно газ, електрон, корпускула, биогенна миграция на атоми неутрони т.н.

Идеята за дълготрайно съставно ядро ​​позволи на Бор да предвиди, че дори много бавните ще бъдат подходящи. неутрони.

Структурната разлика между тях се свежда до броя на протоните, които съдържат, неутрони, мезони и електрони, но всяко следващо добавяне на протон-електронна двойка към системата рязко променя функционалните свойства на цялата агрегатна единица като цяло и това е ярко потвърждение за регулацията на броя на фн.

Реакторът RBMK-1000 е канален тип реактор, модератор неутрони- графит, охлаждаща течност - обикновена вода.

НЕУТРОН(n) (от лат. neuter - нито едното, нито другото) - елементарна частица с нулева електрическа мощност. заряд и маса, малко по-големи от масата на протона. Заедно с протона под общото име. Нуклонът е част от атомните ядра. З. има спин 1/2 и затова се подчинява Статистика на Ферми - Дирак(е фермион). Принадлежи към семейството адра-нов;има барионно число B= 1, т.е. включени в групата бариони.

Открит през 1932 г. от J. Chadwick, който показа, че трудно проникващата радиация, възникваща от бомбардирането на берилиеви ядра от a-частици, се състои от електрически неутрални частици с маса, приблизително равна на тази на протона. През 1932 г. Д. Д. Иваненко и В. Хайзенберг излагат хипотезата, че атомните ядра се състоят от протони и H. За разлика от зарядите. частици, H. лесно прониква в ядрата при всякаква енергия и е много вероятно да причини ядрени реакцииулавяне (n,g), (n,a), (n, p), ако енергийният баланс в реакцията е положителен. Вероятност за екзотермия ядрената реакция се увеличава със забавянето на H. Обратно пропорционална. неговата скорост. Увеличаването на вероятността от реакции на улавяне на Н., когато те се забавят в среда, съдържаща водород, е открито от Е. Ферми и сътрудници през 1934 г. Способността на Н. да предизвиква делене на тежки ядра, открита от О. Хан и Ф. Щрасман (F. Strassman) през 1938 г. (вж. ядрено делене), послужили за основа на създаването ядрени оръжияИ ядрената енергия. Особеността на взаимодействието с материята на бавни неутрони, които имат дължина на вълната на де Бройл от порядъка на атомните разстояния (резонансни ефекти, дифракция и др.), Послужи като основа за широкото използване на неутронни лъчи във физиката на твърдото тяло. (Класификация на Х. по енергии - бърза, бавна, топлинна, студена, ултрастудена - виж чл. Неутронна физика.)

В свободно състояние H. е нестабилен - претърпява B-разпад; n p + e - + v e; неговият живот t n = 898(14) s, граничната енергия на електронния спектър е 782 keV (вж. бета разпад на неутрони). В свързано състояние като част от стабилни ядра H. е стабилен (според експериментални оценки, животът му надвишава 10 32 години). Според астр. Смята се, че 15% от видимата материя на Вселената е представена от H., който е част от ядрата 4 He. З. е основният компонент неутронни звезди. Свободните Х. в природата се образуват в ядрени реакции, причинени от a-частици на радиоактивен разпад, космически лъчии в резултат на спонтанно или принудително делене на тежки ядра. Изкуство. източници на Х. са ядрени реактори, ядрени експлозии, ускорители на протони (при средна енергия) и електрони с мишени от тежки елементи. Източниците на монохроматични H. лъчи с енергия 14 MeV са нискоенергийни. дейтронни ускорители с тритиева или литиева мишена, а в бъдеще термоядрените термоядрени инсталации могат да се окажат интензивни източници на такъв H. (См. .)

Основните характеристики на H.

Маса H. t p = 939,5731(27) MeV/s 2 = = 1,008664967(34) при. единици маса 1,675. 10 -24 г. Разликата между масите на H. и протона се измерва от макс. точност от енергия. баланс на реакцията на H. улавяне от протон: n + p d + g (g-квантова енергия = 2,22 MeV), мн- м p = 1,293323 (16) MeV/c 2 .

Електрически заряд H. Qн = 0. Най-точни директни измервания Q n се правят чрез отклоняване на лъчи от студена или ултрастудена H. в електростатични. поле: Qн<= 3·10 -21 нея- електронен заряд). Косв. електрически данни неутралност макроскопичен. количество газ, което дават Q n<= 2·10 -22 д.

Завъртете H. Дж= 1/2 беше определено от директни експерименти за разделяне на H лъч в нехомогенно магнитно поле. поле на два компонента [в общия случай броят на компонентите е равен на (2 Дж + 1)].

Магнитен момент H. Въпреки електрическата неутралност на H., неговият магнитен момент. моментът е значително различен от нула: m n = - 1.91304184(88)m I, където m I = д/ 2мстр ° С- ядрени магнетон (м p - маса на протон); магнитен знак моментът се определя спрямо посоката на въртенето му. Магнитно сравнение моменти на протона (m p = 2,7928456) и H. направиха възможно да се предположи ролята на p-мезонната среда (обвивка) на „голия“ нуклон при формирането на структурата на нуклона. Съотношението на m p и m n (m p / m n - 3/2) може да се обясни в рамките на идеите за кварковата структура на нуклоните (виж по-долу). Наиб. точно m n измерено чрез сравнение с m p метод ядрено-магнитен резонансна куп студени H.

Електричен диполен момент H. Динамичен, т.е. индуциран диполен момент H. може да възникне в силно електрическо. поле, напр. по време на разсейването на H. върху тежко ядро ​​или по време на разсейването на g-лъчи върху дейтрон. Промяна в енергията на частиците в електрическата енергия. полето се определя от отношението D = -(a o 2 /2). д 2, където a 0 е поляризуемостта на частицата, д - напрегнатост на полето. Експериментите дават оценки 0<= 10 -42 см 3 (принята система единиц, в к-рой = с= 1).

Статично електрически диполният момент (EDM) на елементарна частица трябва да бъде идентично равен на нула, ако взаимодействията, които изпитва, са инвариантни по отношение на обръщане на времето (T-инварианти). EDM е различно от нула, ако T-нарушава се инвариантността, която съгл CPT теорема(т.е. инвариантност при съвместния продукт зарядово спрежение, пространствена инверсияи обръщане на времето), е еквивалентно на нарушение SR-в-променливост. Въпреки че нарушението SR-инвариантността е открита през 1964 г. в разпадането на K 0 Л-мезон, все още SR- не са наблюдавани неинвариантни ефекти за други частици (или системи). В модерните унифицирани калибровъчни теории за нарушение на елементарните частици T(или C.P.)-инвариантността може да възникне в електрослабо взаимодействие, въпреки че степента на ефекта е изключително малка. разл. модели на нарушения SR-invariances прогнозира стойността на EDM H. на ниво (10 -24 -10 -32) д.вижте Поради електрическите си неутралност З. е много удобен обект за търсене SR-неинвариантност. Наиб. чувствителен и надежден метод - ЯМР метод с електрическа поле, насложено върху магнита. iole. Промяна на посоката на електричеството полето при запазване на всички други характеристики на резонансния ЯМР спектрометър причинява изместване на ЯМР честотата със стойността D v = -4dE, Където д- EDM. За d ~ 10 -25 д. cm Dv ~10 -6 Hz. Използвайки метода за задържане на ултрастуден Н. в ЯМР спектрометър, е възможно да се постигне такава чувствителност. Получени макс. точно ограничение на EDM H.: дн<= 2·10 -25 д.см.

Структура H.

H., заедно с протона, принадлежи към най-леките бариони. Според съвременните идеи, той се състои от трите най-леки валентности кварки(две д-кварки и един u-кварк) от три цвята, образуващи безцветна комбинация. В допълнение към валентните кварки и тези, които ги свързват глуонинуклонът съдържа „море“ от виртуални двойки кварк-антикварк, включително тежки (странни, очаровани и т.н.). Квантовите числа H. се определят изцяло от набора от валентни кварки и пространства. структура - динамиката на взаимодействие на кварки и глуони. Характеристика на това взаимодействие е увеличаването на еф. константи на взаимодействие ( ефективен зареждане)с увеличаване на разстоянието, така че размерът на зоната на взаимодействие е ограничен от т.нар. кварково задържане - област на задържане на цветни обекти, чийто радиус е ~10 -13 cm (вж. Запазване на цвета).

Последователен описание на структурата на адроните въз основа на съвременните теория на силното взаимодействие - квантова хромодинамика- при изпълнение на теоретичната. трудности обаче за мнозина напълно ще задоволи поставените задачи. резултатите са дадени чрез описание на взаимодействието на нуклоните, представени като елементарни обекти, чрез обмен на мезони. Нека експериментираме. изследване на пространствата. структурата на H. се осъществява чрез разсейване на високоенергийни лептони (електрони, мюони, неутрино, разглеждани в съвременната теория като точкови частици) върху дейтрони. Приносът на разсейване върху протон се измерва в dep. експеримент и може да се извади с помощта на определението. ще изчисли. процедури.

Еластичното и квазиеластично (с разделяне на дейтрон) разсейване на електрони върху дейтрон прави възможно намирането на разпределението на електрическата плътност. зарядни и магнитни момент H. ( форм факторЗ.). Според експеримента разпределението на магнитната плътност. момент З. с точност от порядъка на няколко. % съвпада с разпределението на електрическата плътност. заряд на протона и има средноквадратичен радиус от ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Магн. H. форм фактор се описва доста добре от т.нар. дипол ф-лой Г М n = m n (1 + р 2 /0,71) -2, където р 2 - квадрат на предадения импулс в единици (GeV/c) 2.

По-сложен въпрос е за големината на електрическия ток. (зареждане) форм фактор H. G Eн. От експериментите с разсейване на дейтрони можем да заключим, че G Eн ( р 2 ) <= 0,1 в интервала от квадрати на предадените импулси (0-1) (GeV/c) 2. При р 2 0 поради равенството на нула електрическа. такса H. G Eн- > 0 обаче може да се определи експериментално dG Eн ( р 2 )/dq 2 | р 2=0. Тази стойност е макс. точно установено от измервания дължини на разсейване H. върху електронната обвивка на тежките атоми. Основен Част от това взаимодействие се определя от магнитното поле. момент H. Макс. прецизни експерименти дават дължината на ne-разсейване А ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, което се различава от изчислената стойност, определена от магнитното поле. момент H.: а ne = -1,468. 10 -16 см. Разликата между тези стойности дава средната квадратна електрическа стойност. радиус H.<r 2 д n >= = 0,088(12) Fili dG Eн ( р 2)/dq 2 | р 2=0 = -0,02 F2. Тези цифри не могат да се считат за окончателни поради голямото разсейване на данните, decomp. експерименти, надвишаващи отчетените грешки.

Характеристика на взаимодействието на H. с повечето ядра е положителна. дължина на разсейване, което води до коеф. пречупване< 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. Неутронна оптика).

З. и слабо (електрослабо) взаимодействие. Важен източник на информация за електрослабото взаимодействие е b-разпадането на свободния H. На ниво кварк този процес съответства на прехода. Обратният процес на взаимодействие на електронно антинеутрино с протон се нарича. обратен b-разпад. Този клас процеси включва електронно улавяне, провеждащ се в ядра, повторно - n vд.

Разпадане на свободен H. като се вземе предвид кинематиката. параметри се описват с две константи – вектор G V, което се дължи на векторен ток за запазваневселени. константа на слабо взаимодействие и аксиален вектор Г А, стойността на разреза се определя от динамиката на силно взаимодействащите компоненти на нуклона - кварки и глуони. Вълнови функции на началния H. и крайния протон и матричния елемент на n p прехода поради изотоп. инвариантностите се изчисляват доста точно. В резултат на това изчисляването на константите G VИ Г Аот разпадането на свободния H. (за разлика от изчисленията от b-разпадането на ядрата) не е свързано с отчитане на ядрени структурни фактори.

Животът на H. без да се вземат предвид някои корекции е равен на: t n = килограма 2 V+ 3Ж 2 А) -1 , където квключва кинематични фактори и кулонови корекции в зависимост от граничната енергия на b-разпадане и радиационни корекции.

Вероятност за разпадане на поляризатора. З. със спин С , енергии и моменти на електрона и антинеутриното и Р e, обикновено се описва с израза:

Коеф. корелации а, А, Б, Гможе да се представи като функция от параметър а = (Г А/G V,)exp( iе). Фаза f е различна от нула или p ако T-инвариантността е нарушена. В табл дадени са експериментални данни. стойности за тези коефициенти. и произтичащите от това значения аи f.

Има забележима разлика между тези данни. експерименти за t n, достигайки няколко. процента.

Описанието на електрослабото взаимодействие с H. при по-високи енергии е много по-сложно поради необходимостта да се вземе предвид структурата на нуклоните. Например, m - -capture, m - p n v m се описва с поне два пъти по-голям брой константи. H. също изпитва електрослабо взаимодействие с други адрони без участието на лептони. Такива процеси включват следното.

1) Разпадане на хиперони L np 0, S + np +, S - np - и т.н. Намалената вероятност за тези разпадане е няколко. пъти по-малко, отколкото за нестранни частици, което се описва чрез въвеждане на ъгъла на Кабибо (вж. Кабибо ъгъл).

2) Слабо взаимодействие n - n или n - p, което се проявява като ядрени сили, които не запазват пространства. паритетОбичайната величина на причинените от тях ефекти е от порядъка на 10 -6 -10 -7.

Взаимодействието на Х. със средни и тежки ядра има редица особености, водещи в някои случаи до означава. засилващи ефекти неспазване на паритета в ядрата. Един от тези ефекти е свързан. разликата в напречното сечение на поглъщане на H. с поляризация в посоката на разпространение и срещу нея, ръбове в случая на ядрото 139 La е равна на 7% при = 1,33 eV, съответстващо на Р- вълнов неутронен резонанс. Причината за увеличението е комбинацията от ниска енергия. ширината на състоянията на съставното ядро ​​и високата плътност на нивата с противоположни паритети в това съставно ядро, което осигурява 2-3 порядъка по-голямо смесване на компоненти с различни паритети, отколкото в ниско разположените състояния на ядрата. Резултатът е редица ефекти: асиметрия на излъчването на g-кванти спрямо спина на уловените поляризатори. H. в реакцията (n, g), асиметрия на излъчване на заряд. частици по време на разпадането на съставните състояния в реакцията (n, p) или асиметрията на излъчването на лек (или тежък) фрагмент от делене в реакцията (n, f). Асиметриите имат стойност 10 -4 -10 -3 при топлинна енергия H. V Р-вълнови неутронни резонанси се реализират в допълнение. подобрение, свързано с потискането на вероятността за образуване на запазващ четността компонент на това съставно състояние (поради малката неутронна ширина Р-резонанс) по отношение на примесния компонент с противоположен паритет, който е с-резонанс-сом. Това е комбинация от няколко. факторите на усилване позволяват изключително слаб ефект да се прояви с величина, характерна за ядреното взаимодействие.

Взаимодействия с нарушение на барионното число. Теоретичен модели велико обединениеИ свръхобединенияпредсказват нестабилността на барионите – разпадането им на лептони и мезони. Тези разпади могат да бъдат забележими само за най-леките бариони - p и n, които са част от атомните ядра. За взаимодействие с промяна на барионното число с 1, D б= 1, може да се очаква трансформация от H. тип: n e + p - или трансформация с излъчване на странни мезони. Търсенето на процеси от този вид е извършено в експерименти с помощта на подземни детектори с маса няколко. хиляди тона. Въз основа на тези експерименти може да се заключи, че времето на разпадане на H. с нарушение на барионното число е повече от 10 32 години.

д-р възможен тип взаимодействие с D IN= 2 може да доведе до явлението взаимно преобразуване на H. и антинеутронивъв вакуум, т.е. до трептене . При липса на външни полета или при ниската им величина, състоянията на H. и антинеутрона са изродени, тъй като масите им са еднакви, следователно дори ултра-слабо взаимодействие може да ги смеси. Критерият за малък външен полета е малката енергия на взаимодействие магн. момент H. с магнит. поле (n и n ~ имат магнитни моменти с противоположен знак) спрямо енергията, определена от времето Tнаблюдения H. (според връзката на несигурност), D<=hT-1 . Когато се наблюдава производството на антинеутрони в Н-лъч от реактор или друг източник Tе времето на полет H. до детектора. Броят на антинеутроните в лъча нараства квадратично с увеличаване на времето на полета: /Нн ~ ~ (T/t osc) 2, където t osc е времето на трептене.

Директните експерименти за наблюдение на производството в лъчи студен H. от реактор с висок поток дават ограничение от t osc > 10 7 s. В подготвяните експерименти може да се очаква повишаване на чувствителността до ниво t osc ~ 10 9 s. Ограничаващите обстоятелства са макс. интензитет на H. лъчи и симулация на явления на антинеутронна анихилация в космическия детектор. лъчи.

д-р метод за наблюдение на трептения - наблюдава се анихилация на антинеутрони, които могат да се образуват в стабилни ядра. Освен това, поради голямата разлика между енергиите на взаимодействие на възникващия антинеутрон в ядрото и енергията на свързване H. eff. времето за наблюдение става ~ 10 -22 s, но големият брой наблюдавани ядра (~ 10 32) частично компенсира намаляването на чувствителността в сравнение с експеримента с лъчи H. От данните от подземни експерименти, търсещи протонен разпад, липсата на събития с отделяне на енергия от ~ 2 GeV може да се заключи с известна несигурност, в зависимост от непознаването на точния тип взаимодействие на антинеутрона вътре в ядрото, че t osc > (1-3). 10 7 стр. Същества Увеличаването на границата на t osc в тези експерименти е възпрепятствано от фона, причинен от взаимодействието на космическите частици. неутрино с ядра в подземни детектори.

Трябва да се отбележи, че търсенето на нуклонен разпад с D б= 1 и търсенето на -осцилации са независими експерименти, тъй като са причинени от фундаментално различни видове взаимодействия.

Гравитационно взаимодействие H. Неутронът е една от малкото елементарни частици, които попадат в гравитацията. Земното поле може да се наблюдава експериментално. Директното измерване на гравитационното ускорение за H. се извършва с точност от 0,3% и не се различава от макроскопското. Въпросът за съответствието остава актуален принцип на еквивалентност(равенство на инертни и гравитационни маси) за Х. и протони.

Най-точните експерименти бяха проведени с помощта на метода Et-weight за тела с различни средни стойности. съотношителни стойности A/Z, Където А- при. номер, З- заряд на ядрата (в единици елементарен заряд д). От тези експерименти следва, че ускорението на гравитацията за H. и протоните е идентично на ниво 2·10 -9 и равенството на гравитацията. и инертни маси на ниво ~10 -12.

Земно притегляне ускорение и забавяне се използват широко в експерименти с ултрастудени H. Приложение на гравитацията. Рефрактометърът за студен и ултрастуден H. позволява да се измерват с голяма точност дължините на кохерентното разсейване на H. върху веществото.

Х. по космология и астрофизика

Според съвременните идеи, в модела Hot Universe (вж. Теория за горещата вселена) Образуването на бариони, включително протони и водород, се случва в първите минути от живота на Вселената. Впоследствие определена част от H., която не е имала време да се разпадне, се улавя от протони с образуването на 4 He. Съотношението на водорода и 4He е 70% към 30% тегловни. По време на формирането на звездите и тяхната еволюция, по-нататък нуклеосинтеза, до железни ядра. Образуването на по-тежки ядра възниква в резултат на експлозии на свръхнова с раждането на неутронни звезди, създавайки възможност за последователни. улавяне на H. от нуклиди. В този случай комбинацията от т.нар. с-процес - бавно улавяне на H. с b-разпад между последователни улавяня и r-процес - бързо последователен. улавяне по време на експлозии на звезди главно. може да обясни наблюдаваното разпространението на елементитев космоса обекти.

В първичния компонент на космическото H. лъчи вероятно липсват поради тяхната нестабилност. H., образуван на повърхността на Земята, дифундиращ в космоса. космоса и тези, които се разпадат там, очевидно допринасят за образуването на електронните и протонните компоненти радиационни поясиЗемята.

Лит.:Гуревич И.С., Тарасов Л.В., Физика на неутроните с ниска енергия, М., 1965; Александров Ю. А. Основни свойства на неутрона, 2 изд., М., 1982 г.

НЕУТРОН
Неутрон

Неутрон– неутрална частица, принадлежаща към класа на барионите. Заедно с протона неутронът образува атомни ядра. Неутронна маса m n = 938,57 MeV/s 2 ≈ 1,675·10 -24 g. Неутронът, подобно на протона, има спин 1/2ћ и е фермион. Той също така има магнитен момент μ n = - 1,91μ N , където μ N = e ћ /2m р с – ядрен магнетон (m р – маса на протона, използва се система единици на Гаус). Размерът на неутрона е около 10 -13 см. Състои се от три кварка: един u-кварк и два d-кварка, т.е. неговата кваркова структура е udd.
Неутронът, тъй като е барион, има барионно число B = +1. Неутронът е нестабилен в свободно състояние. Тъй като е малко по-тежък от протона (с 0,14%), той се разпада с образуването на протон в крайното състояние. В този случай законът за запазване на барионното число не се нарушава, тъй като барионното число на протона също е +1. В резултат на този разпад се произвеждат също електрон e - и електрон антинеутрино e. Разпадът възниква поради слабо взаимодействие.

Схема на разпадане n → p + e - + e.

Времето на живот на свободен неутрон е τ n ≈ 890 сек. В атомното ядро ​​неутронът може да бъде толкова стабилен, колкото и протонът.
Неутронът, бидейки адрон, участва в силното взаимодействие.
Неутронът е открит през 1932 г. от Дж. Чадуик.

Какво е неутрон във физиката. Неговата структура, както и важната му роля за стабилността на атомното ядро. История на откриването на неутрона. Свойства на бързите и бавните неутрони...

Какво е неутрон във физиката: структура, свойства и употреба

От Masterweb

Какво е неутрон? Този въпрос най-често възниква сред хора, които не се занимават с ядрена физика, тъй като под неутрон в ядрената физика се разбира елементарна частица, която няма електрически заряд и има маса, която е 1838,4 пъти по-голяма от тази на електрона. Заедно с протона, чиято маса е малко по-малка от масата на неутрона, той е „градивният елемент“ на атомното ядро. Във физиката на елементарните частици неутронът и протонът се считат за две различни форми на една и съща частица, нуклонът.

Неутронна структура

Неутронът присъства в атомните ядра на всеки химичен елемент, с изключение само на водородния атом, чието ядро ​​е един протон. Какво е неутрон, каква структура има? Въпреки че се нарича елементарен „градивен елемент“ на ядрото, той все още има своя собствена вътрешна структура. По-специално, той принадлежи към семейството на барионите и се състои от три кварка, два от които са низходящи и един е възходящ кварк. Всички кварки имат частичен електрически заряд: горният е положително зареден (+2/3 от заряда на електрона), а долният е отрицателно зареден (-1/3 от заряда на електрона). Ето защо неутронът няма електрически заряд, защото той просто се компенсира от кварките, които го съставят. Магнитният момент на неутрона обаче не е нула.

В състава на неутрона, чиято дефиниция беше дадена по-горе, всеки кварк е свързан с останалите чрез глуонно поле. Глуонът е частицата, отговорна за образуването на ядрени сили.

В допълнение към масата в килограми и атомни единици за маса, в ядрената физика масата на частицата се описва и в GeV (гигаелектронволта). Това стана възможно, след като Айнщайн откри известното си уравнение E=mc2, което свързва енергията с масата. Какво е неутрон в GeV? Тази стойност е 0,0009396, което е малко по-голямо от това за протона (0,0009383).

Стабилност на неутроните и атомните ядра

Наличието на неутрони в атомните ядра е много важно за тяхната стабилност и възможността за съществуване на самата атомна структура и на материята като цяло. Факт е, че протоните, които също изграждат атомното ядро, имат положителен заряд. А събирането им на близки разстояния изисква изразходване на огромна енергия поради кулоновото електрическо отблъскване. Ядрените сили, действащи между неутроните и протоните, са с 2-3 порядъка по-силни от силите на Кулон. Следователно те са в състояние да задържат положително заредени частици на близки разстояния. Ядрените взаимодействия са с малък обсег и се проявяват само в рамките на размера на ядрото.

Неутронната формула се използва за намиране на броя им в ядрото. Изглежда така: брой неутрони = атомна маса на елемента - атомен номер в периодичната таблица.

Свободният неутрон е нестабилна частица. Средният му живот е 15 минути, след което се разпада на три частици:

• електрон;
• протон;
• антинеутрино.

Предпоставки за откриването на неутрона

Теоретичното съществуване на неутрона във физиката беше предложено през 1920 г. от Ърнест Ръдърфорд, който по този начин се опита да обясни защо атомните ядра не се разпадат поради електромагнитното отблъскване на протоните.

Още по-рано, през 1909 г. в Германия, Боте и Бекер установяват, че ако леки елементи, например берилий, бор или литий, се облъчват с високоенергийни алфа-частици от полоний, тогава се образува радиация, която преминава през всякаква дебелина на различни материали. Те предположиха, че това е гама-лъчение, но такова лъчение, известно по онова време, нямаше толкова голяма проникваща способност. Експериментите на Те и Бекер не са интерпретирани правилно.

Откриване на неутрона

Съществуването на неутрона е открито от английския физик Джеймс Чадуик през 1932 г. Той изучава радиоактивното излъчване на берилий, провежда серия от експерименти, получавайки резултати, които не съвпадат с предсказаните от физичните формули: енергията на радиоактивното излъчване далеч надвишава теоретичните стойности и законът за запазване на импулса също е нарушен. Следователно беше необходимо да се приеме една от хипотезите:

1. Или ъгловият момент не се запазва по време на ядрени процеси.
2. Или радиоактивното излъчване се състои от частици.

Ученият отхвърли първото предположение, тъй като то противоречи на основните физични закони, така че прие втората хипотеза. Чадуик показа, че радиацията в неговите експерименти се формира от частици с нулев заряд, които имат силна проникваща способност. Освен това той успя да измери масата на тези частици, като установи, че тя е малко по-голяма от тази на протона.

Бавни и бързи неутрони

В зависимост от енергията, която притежава един неутрон, той се нарича бавен (около 0,01 MeV) или бърз (около 1 MeV). Тази класификация е важна, защото някои от неговите свойства зависят от скоростта на неутрона. По-специално, бързите неутрони се улавят добре от ядрата, което води до образуването на техните изотопи и причинява тяхното делене. Бавните неутрони се улавят слабо от ядрата на почти всички материали, така че могат да преминават безпрепятствено през дебели слоеве материя.

Ролята на неутрона в деленето на урановото ядро

Ако се запитате какво е неутрон в ядрената енергетика, тогава можем да кажем с увереност, че това е средство за предизвикване на процеса на делене на ядрото на урана, придружено от освобождаване на голяма енергия. По време на тази реакция на делене се произвеждат и неутрони с различна скорост. На свой ред генерираните неутрони предизвикват разпадането на други уранови ядра и реакцията протича по верижен начин.

Ако реакцията на делене на урана е неконтролирана, това ще доведе до експлозия на реакционния обем. Този ефект се използва при ядрени бомби. Контролираната реакция на делене на урана е източникът на енергия в атомните електроцентрали.

Улица Киевян, 16 0016 Армения, Ереван +374 11 233 255