Nêutron
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 A estrutura quark do nêutron. | |
| Composição | um, dois para baixo |
|---|---|
| Estatística | Fermion |
| Interações | Gravidade , eletromagnética , Fraco, Forte |
| Símbolo | n |
| Antipartícula | Antinêutron |
| Descoberto | James Chadwick (1932) |
| Massa | 1,674 927 29 (28) × 10 -27 kg 939,565 560 (81) MeV / c ² 1.008665 u |
| Carga elétrica | 0 C |
| Rotação | ½ |
Em física , o nêutron é uma partícula subatômica com nenhuma rede de carga elétrica e uma massa de 939,573 MeV / c ² ou 1.008 664 915 (78) u (1,6749 x 10 -27 kg, ligeiramente mais do que um protão ). Sua spin é ½. Sua anti-partícula é chamada o antinêutron. O neutrões, juntamente com o protão , é um nucleon.
Os núcleos de todos os átomos consistem de prótons e nêutrons, exceto o mais leve de isótopos de hidrogénio que tem apenas um único próton. O número de prótons define o tipo de elemento as formas atômicas. O número de nêutrons determina o isótopo de um elemento, portanto isótopos são átomos de um mesmo elemento (ou seja, número atômico ), mas difere massas atómicas, devido a um número diferente de nêutrons. Por exemplo, a isótopo carbono-12 tem 6 prótons e nêutrons 6, enquanto que o -14 carbono isótopo tem 6 prótons e nêutrons 8.
Um nêutron consiste de dois para baixo quarks up e um quark . Uma vez que tem três quarks, é classificado como um baryon.
Neutron estabilidade e decaimento beta
Fora do núcleo, nêutrons livres são instáveis e têm uma vida útil de 885,7 ± 0,8 segundos (cerca de 15 minutos) significa, decaindo por emissão de um negativo de elétrons e antineutrino para se tornar um próton: 
. Este modo de decaimento, conhecido como decaimento beta, também pode transformar o caráter de nêutrons dentro de núcleos instáveis.
Dentro de um núcleo ligado, prótons pode também transformar via decaimento beta em nêutrons. Neste caso, a transformação pode ocorrer por emissão de um pósitrons (antielétron) e neutrino (em vez de um antineutrino): 
. A transformação de um protão de um neutrão dentro de um núcleo também é possível através captura de elétrons: 
. Positron captura por neutrões em núcleos que contêm um excesso de neutrões também é possível, mas é impedida devido ao facto dos positrões são repelidos pelo núcleo, e, além disso, rapidamente aniquilam quando se deparam com elétrons negativos.
Quando ligado no interior de um núcleo, a instabilidade de um único neutrões para o decaimento beta é equilibrado contra a instabilidade que seria adquirido pelo núcleo como um todo, se uma protões adicionais eram de participar em interacções repulsivas com os outros protões que já estão presentes no o núcleo. Como tal, apesar de nêutrons livres são instáveis, nêutrons ligados não são necessariamente assim. O mesmo raciocínio explica por protões, que são estáveis no espaço vazio, pode transformar-se em neutrões, quando ligados dentro de um núcleo.
O decaimento beta e captura de elétrons são os tipos de decaimento radioactivo e são ambos governados pela interação fraca.
Interações
O nêutron interage através de todos os quatro interações fundamentais: a eletromagnética , nuclear fraca, nuclear forte e gravitacionais interacções.
Apesar de o nêutron tem carga líquida zero, ele pode interagir eletromagneticamente de duas maneiras: primeiro, o nêutron tem um momento magnético da mesma ordem que a do protão (ver Neutron momento magnético); segundo, ele é composto de eletricamente carregadas quarks . Assim, a interacção electromagnética é principalmente importante para a neutrões em espalhamento inelástico profundo e em magnéticas interações.
O nêutron experimenta a interação fraca através decaimento beta em um próton, elétron e antineutrino do elétron. Ele experimenta a força gravitacional como faz qualquer corpo energético; no entanto, a gravidade é tão fraca que pode ser negligenciados em física de partículas experimentos.
A força mais importante nêutrons é a interação forte. Esta interacção é responsável pela ligação de três do neutrões quark numa única partícula. O força forte residual é responsável pela ligação de nêutrons e prótons juntos em núcleos . Esta força nuclear desempenha o papel de liderança quando nêutrons passar através da matéria. Ao contrário de partículas ou fótons carregados, o nêutron não pode perder energia por átomos ionizantes. Em vez disso, o nêutron Segue o seu caminho desmarcada até que faz uma colisão de frente com um núcleo atômico. Por esta razão, radiação de nêutrons é extremamente penetrante.
Detecção
Os meios comuns de detectar uma carregada partícula, olhando para uma faixa de ionização (por exemplo, em um câmara de nuvem) não funciona para nêutrons diretamente. Nêutrons que elasticamente dispersam fora átomos pode criar uma faixa de ionização que é detectável, mas as experiências não são tão simples para levar a cabo; outros meios para detectar nêutrons, que consiste em o que lhes permite interagir com os núcleos atômicos, são mais comumente usados.
Um método comum para a detecção de neutrões envolve converter a energia libertada a partir de tais reacções em sinais eléctricos. Os nuclídeos 3 He, 6 Li, 10 B, 233 U, 235 U, 237 Np e 239 Pu são úteis para este fim. Uma boa discussão sobre a detecção de nêutrons é encontrado no capítulo 14 do livro de detecção de radiação e Mensuração por Glenn F. Knoll (John Wiley & Sons, 1979).
Usos
O neutrões desempenha um papel importante em muitas reacções nucleares. Por exemplo, a captura de neutrões muitas vezes resulta em ativação de nêutrons, induzindo radioactividade. Em particular, o conhecimento de neutrões e o seu comportamento tem sido importante para o desenvolvimento de reatores nucleares e armas nucleares .
Frio, térmica e quente radiações de neutrões é geralmente utilizado em instalações de dispersão de neutrões, em que a radiação é usado de uma forma semelhante um usos Raios-X para a análise de matéria condensada . Os nêutrons são complementares a esta última em termos de contrastes atômicas por espalhamento diferente seções transversais; sensibilidade ao magnetismo; faixa de energia para a espectroscopia de neutrões inelástica; e penetração profunda em matéria.
O desenvolvimento de "lentes" de nêutrons com base na reflexão interna total dentro de tubos capilares de vidro ocas ou pela reflexão a partir de placas de alumínio com covinhas tem impulsionado investigação em curso sobre microscopia de nêutrons e tomografia de raios de nêutron / gama.
Um uso de emissores de neutrões é a detecção de núcleos leves, em particular o hidrogénio encontrado em água moléculas. Quando um nêutron rápido colide com um núcleo de luz, ele perde uma grande parte de sua energia. Ao medir a velocidade a que neutrões lentos retornar para a sonda depois reflete fora dos núcleos de hidrogénio, um sonda de nêutrons pode determinar o teor de água no solo.
Descoberta
Em 1930 Walther Bothe e H. Becker na Alemanha descobriram que, se a muito energético partículas alfa emitidas a partir de polônio caiu sobre determinados elementos leves, especificamente berílio , boro , ou de lítio , uma radiação penetrante invulgarmente foi produzido. No começo desta radiação foi pensado para ser a radiação gama, embora fosse mais penetrante do que qualquer raios gama conhecidos, e os detalhes de resultados experimentais foram muito difíceis de interpretar nesta base. A próxima contribuição importante foi relatado em 1932 por Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot, em Paris . Eles mostraram que, se essa radiação desconhecida caiu sobre parafina ou qualquer outro hidrogênio composto -contendo ele ejetado prótons de energia muito alta. Este não era, em si, incompatível com a natureza de raios gama assumido da nova radiação, mas a análise quantitativa detalhada dos dados tornou-se cada vez mais difícil de conciliar com tal hipótese. Finalmente, em 1932 o físico James Chadwick na Inglaterra realizada uma série de experiências que mostram que a hipótese de raios gama era insustentável. Ele sugeriu que, de facto, a nova radiação consistiu de partículas sem carga de, aproximadamente, a massa do protão , e ele realizada uma série de experiências que verificam a sua sugestão. Tais partículas não carregadas foram finalmente chamados nêutrons, aparentemente a partir do latim raiz para neutro ea grega -em final (por imitação de elétrons e prótons ).
Anti-nêutron
O antinêutron é a antipartícula do nêutron. Foi descoberto pela Bruce Cork no ano de 1956 , um ano após a antiproton foi descoberto.
CPT-simetria põe fortes restrições nas propriedades relativas de partículas e antipartículas e, portanto, está aberta a testes rigorosos. A diferença fracionária nas massas do neutrão e antinêutron é (9 ± 5) × 10 -5. Como a diferença é de apenas cerca de 2 desvios-padrão longe de zero, isso não dá nenhuma evidência convincente de CPT-violação.
A evolução actual
Momento de dipolo elétrico
Um experimento no Institut Laue Langevin-tentou medir um dipolo elétrico, ou separação de cargas, dentro do nêutron, e é consistente com um momento de dipolo eléctrico zero. Estes resultados são importantes no desenvolvimento de teorias que vão além do modelo padrão , mas são inconsistentes com ele, devido à falta de explicação das interações fundamentais.
Tetraneutrons
A existência de aglomerados estáveis de quatro nêutrons, ou tetraneutrons, foi colocada a hipótese por uma equipe liderada por Francisco Miguel-Marqués CNRS no Laboratório de Física Nuclear com base em observações da desintegração de berílio-14 núcleos. Isto é particularmente interessante, porque a teoria actual sugere que estes grupos não deve ser estável.
Proteção
A exposição aos neutrões pode ser perigosa, uma vez que a interacção de moléculas com neutrões no organismo pode causar perturbações moléculas e átomos , e pode também causar reacções que dão origem a outras formas de radiação (tais como prótons). As precauções normais de protecção contra as radiações se por: evitar a exposição, como ficar longe da fonte quanto possível, e manter o tempo de exposição a um mínimo. Alguns pensamento particular deve ser dada à forma de proteger da exposição de nêutrons, no entanto. Para outros tipos de radiação, por exemplo, partículas alfa, partículas beta, ou raios gama, material de um elevado número atômico e com alta densidade para fazer boa blindagem; freqüentemente levam é usado. No entanto, esta abordagem não funciona com neutrões, uma vez que a absorção de neutrões não aumenta francamente com número atómico, como acontece com alfa, beta e radiação gama. Em vez disso, é preciso olhar para as interações particulares nêutrons têm com a matéria (ver a seção sobre a detecção acima). Por exemplo, hidrogênio materiais ricos são muitas vezes utilizados para proteger contra nêutrons, uma vez que ambos os dispersa hidrogênio ordinário e retarda nêutrons. Isso geralmente significa que blocos de concreto simples ou mesmo blocos de plástico carregado em parafina proporcionam melhor proteção contra nêutrons do que os materiais mais densos. Após uma desaceleração, neutrões pode então ser absorvido com um isótopo que tem alta afinidade para neutrões lentos sem causar captura de radiação secundária, tal como lítio-6.
Rico em hidrogénio água comum absorção de nêutrons efeitos na fissão nuclear reatores: geralmente nêutrons são tão fortemente absorvido pela água normal que combustível de enriquecimento com isótopo físsil, é necessária. O deutério em água pesada tem uma afinidade muito menor absorção de nêutrons que faz protium (hidrogênio luz normal). Deutério é, portanto, utilizado no Do tipo CANDU reactores, a fim de retardar ("moderada") velocidade de neutrões, de modo que eles são mais eficazes em provocar a cisão nuclear , sem capturá-los.
