Neutron

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
Neutron
Klassifikasie
Subatomiese partikel
Fermioon
Hadroon
Baryoon
Nukleoon
Neutron
Eienskappe
Massa: 939.573 MeV/c²
Elektriese lading: 0 C
Spin: ½
Magnetiese dipoolmoment: -1.91304 μN
Kward samestelling: 2 Af, 1 Op
Opbou van materie

In fisika is die neutron 'n subatomiese partikel met geen netto elektriese lading nie en 'n massa van 939.573 MeV/c2 wat dit effens swaarder as 'n proton maak. Sy spin is ½. Sy anti-partikel word die anti-neutron genoem. Die neutron en proton is albei voorbeelde van 'n nukleoon.

Die kern van die meeste atome (behalwe vir die mees algemene isotoop van waterstof, wat slegs uit 'n enkele proton bestaan) bestaan uit protone en neutrone.

Eienskappe[wysig]

Buite die kern is neutrone onstabiel en het 'n gemiddelde leeftyd van 886 sekondes (ongeveer 15 minute), waar dit ontbind deur 'n elektron en 'n antineutrino afgee om 'n proton te vorm. Neutrone in hierdie onstabiele toestand staan bekend as vrye neutrone. Dieselfde vervalmetode (beta-verval) vind in sommige kerne plaas. Partikels binne die kern is tipies resonante tussen neutrone en protone, wat in na mekaar toe verander deur hetsy die emissie of absorpsie van pione. Die neutron se anti-materie eweknie is die antineutron.

Die aantal neutrone bepaal die isotoop van 'n element (die koolstof-12 isotoop het byvoorbeeld 6 protone en 6 neutrone, terwyl die koolstof-14 isotoop 6 protone en 8 neutrone het). Isotope is atome van dieselfde element wat dieselfde atoomgetal het maar verskillende massas as gevolg van die verskillend aantal neutrone in die kern teenwoordig.

Neutron interaksies[wysig]

Die neutron se interaksie met sy omgewing vind plaas deur al vier die algemene klassifikasies van fisiese interaksie, naamlik: elektromagnetiese-, swak kern-, sterk kern- en swaartekrag interaksies.

Al is dit waar dat die neutron 'n nul netto lading het, bestaan dit nogtans uit elektries gelaaide kwarke op dieselfde manier as wat 'n neutrale atoom uit protone en elektrone bestaan. Die neutron ervaar as sulks die elektromagnetiese interaksies. Die beweging van die ladings binne 'n neutron word egter nie uitgekanselleer nie en om hierdie rede het 'n neutron 'n magneties moment groter as nul.

Swaartekrag word dikwels nie bespreek wanneer daar oor neutrone gepraat word nie. Dit is omdat die interaksies van neutrone dikwels slegs op die subatomiese vlak bestudeer word. Op 'n subatomiese vlak is die invloed van swaartekrag so klein relatief tot die ander kragte betrokke dat dit glad nie bespeur kan word nie. Ten spyte hiervan sal 'n neutron dieselfde swaartekragversnelling as gevolg van die aarde se swaartekragveld ondergaan as 'n baksteen wat van lood gemaak is.

Gelaaide partikels (soos protone, elektrone of alfa partikels) en elektromagnetiese straling (soos gamma-strale) verloor energie as hulle deur materie beweeg. Hulle oefen elektriese kragte uit wat die atome, van die materiaal waardeur hulle beweeg, ioniseer. Die energie wat sodoende opgeneem word om die ionisasie te bewerkstellig is gelyk aan die energie wat deur die gelaaide partikel verloor word. Die partikel word dan vertraag of in die gamma-straal geabsorbeer of verstrooiing (sien compton verstrooiing). Die neutron daarenteen het geen elektriese lading nie en veroorsaak gevolglik dus geen ionisasie nie.

Met kernkrag interaksies is dit egter 'n heel ander saak. Kernkragte speel die leidende rol wanneer neutrone deur gewone materie beweeg. Gevolglik beweeg 'n neutron onverstoord deur materie totdat dit 'n "kop-aan-kop" botsing maak met 'n atoomkern.

Wanneer dit gebeur word die neutrone en teiken kern verstrooi (gedeflekteer of vertraag), geabsorbeer, of verander na iets heel anders. In die geval van die reaksie n + 3He → 1H + 3H (n:neutron; 3He: kern wat bestaan uit twee protone en twee neutrone; 3H: kern wat bestaan uit een proton en twee neutrone) kom dit voor asof die proton en neutron byvoorbeeld plekke geruil het met die vrystelling van kinetiese energie. In baie gevalle word sekondêre partikels geskep en word energie verbruik of vrygestel.

Neutrone, soos ander partikels, kan elastiese botsings ondergaan. 'n Botsing is elasties onder die spesiale geval waar kinetiese energie behou word. Snoekerballe ondergaan byvoorbeeld ook elasties botsings. Die wet van die behoud van momentum geld hier ook soos met enige ander botsing. As die kern wat tydens 'n elastiese botsing getref word swaar is, word dit relatief min versnel, maar as dit 'n proton is wat getref word met ongeveer dieselfde massa as 'n neutron word dit versnel om 'n groot deel van die oorspronklike snelheid van die neutron t bereik, wat dan natuurlik 'n ooreenstemmende vertraging ondergaan.

Neutronsporing[wysig]

Die mees algemene metode om 'n gelaaide partikel op te spoor deur te kyk na die ionisasie-baan wat dit agterlaat werk nie direk vir neutrone nie. Neutrone wat elasties vanaf 'n ander atoom verstrooi word kan egter 'n ionisasie naspeurbare ionisasie-baan agterlaat, maar sulke eksperimente is nie maklik om uit te voer nie en is ander tegnieke waar hlle interaksies met atoomkerne bestudeer word, meer algemeen in gebruik.

'n Algemene tegniek vir die opspoor van neutrone behes die omskakeling van die energie wat vrygestel word deur sodanige interaksies na elektriese seine. Die kerne 3He, 6Li, 10B, 233U, 235U en 239Pu is nuttig vir sodanige eksperimente. 'n Goeie bespreking oor neutronsporing kan gevind word in hoofstuk 14 in die boek Radiation Detection and Measurement deur Glenn F. Knoll (John Wiley & Sons, 1979).

Gebruike van Neutrone[wysig]

Die neutron speel 'n belangrike rol in baie kernreaksies. Neutronvangs lei dikwels byvoorbeeld tot neutron aktivering wat radio-aktiwiteit tot gevolg het. Kennis oor neutrone en hulle gedrag het 'n belangrike rol gespeel in die ontwikkeling van kernreaktore en kernwapens. Die ontwikkeling van "neutron-lense" wat gebaseer is op die totale interne weerkaatsing binne 'n hol kapillêre glasbuis of deur weerkaatsing vanaf gerimpelde aluminium plate het die dryfkrag verskaf vir verdere navorsing in neutron-microskopie en neutron/gamma-straal tomografie.

Een gebruik van neutron-uistralers is die naspeur van ligte kerne, veral die waterstof wat in water molekules gevind word. Wanneer 'n vinnige neutron met 'n ligte kern bots, verloor dit 'n groot deel van sy energie. Deur die vertragingstempo van die neutrone wat teen die kerne bots en dan na die analiseerder terugkeer, te bepaal, kan 'n neutron-analiseerder die water-inhoud in grond bepaal.

Neutronbronne[wysig]

Vanweë die feit dat vrye neutrone onstabiel i, kan hulle (neutronstraling slegs verkry word deur die verval van kerne, kernreaksies en hoë energie reaksies (soos in die geval van kosmiese straling of versnellers). Vrye neutronbundel word verkry vanaf neutronbronne deur middel van neutronvervoer.

Neutrone se gebrek aan elektriese lading verhoed ingenieurs of eksperimentele wetenskaplikes om hulle te beheer of te versnel. Gelaaide deeltjies van versnel, vertraag of gedeflekteer word deur elektriese- of magnetiese velde. Hierdie metodes het egter geen invloed op neutrone nie (Let wel dat daar wel 'n klein invloed deur magnetiese velde op 'n vrye neutron is vanweë sy magnetiese moment).

Ontdekking[wysig]

In 1930 het Walther Bothe en H. Becker in Duitsland ontdek dat wanneer die baie energieryke alfa-partikels wat vanaf polonium uitgestraal word op 'n sekere aantal ligte elemente, spesifiek berillium, boor of litium, sou val dit 'n ongewone straling met 'n hoë deurdringingsvermoë ontstaan het. Eers is gereken dat dit gamma-straling was al het dit toe 'n hoër deurdringingsvermoë getoon as enige ander bekende gamma-straling en het hulle gevind dat die resultate op grond van die aanname baie moeilik was om te interpreteer.

Die volgende groot deurbraak is in 1932 in Parys deur Irène Joliot-Curie en Frédéric Joliot gemaak. Hulle het gewys dat as die onbekende straling op parafien of enige ander waterstof-bevattende stof sou val, dit energieryke protone vrygestel het. Dit op sigself het nie die aanname dat dit 'n soort gamma-straling was weerlê nie, maar het dit toenemend moeilik gemaak om die gedetaïlleerde kwantitatiewe analisies van die data met die hipotese te vereenselwig. James Chadwick het later daardie selfde jaar in Engeland met 'n reeks eksperimente bewys dat die gamma-straal hipotese onversoenbaar was met die eksperimentele waarnemings. Hy het voorgestel dat die nuwe straling eerder bestaan het uit ongelaaide partikels met ongeveer dieselfde massa van 'n proton en het toe verdere eksperimente uitgevoer om sy voorstel te ondersteun. Hierdie ongelaaide deeltjies is toe uiteindelik neutrone gedoop, skynbaar vanuit die Latyns vir neutraal en die Griekse agtervoegsel -on (soortgelyk aan elektron en proton).

Huidige verwikkelinge[wysig]

Die bestaan van stabiele trosse van vier neutrone, of tetraneutrone is voorgestel deur 'n span onder leiding van Francisco-Miguel Marqués van die CNRS Laboratorium vir Kernfisika op grond van waarnemings van die verval van berillium-14 kerne. Wat die hipotese interessant maak is dat die aanvaarde teorie voorspel dat sulke trosse nie stabiel behoort te wees nie en daarom nie kan bestaan nie.

Anti-neutrone[wysig]

Die anti-neutron is die anti-partikel van die neutron. Dit is deur Bruce Cork in 1956, slegs 'n jaar na die anti-proton, ontdek.

Sien ook[wysig]