Die Bedeutung des Wortes Neutron. Die Bedeutung des Wortes Neutron Die Rolle des Neutrons bei der Spaltung des Urankerns

Was ist ein Neutron? Diese Frage stellt sich am häufigsten bei Personen, die sich nicht mit Kernphysik befassen, da das Neutron darin als Elementarteilchen verstanden wird, das keine elektrische Ladung hat und eine Masse hat, die 1838,4-mal größer ist als die elektronische. Zusammen mit dem Proton, dessen Masse etwas kleiner ist als die Masse des Neutrons, ist es der „Baustein“ des Atomkerns. In der Elementarteilchenphysik werden das Neutron und das Proton als zwei unterschiedliche Formen eines Teilchens – des Nukleons – betrachtet.

Das Neutron ist in der Zusammensetzung der Atomkerne für jedes chemische Element vorhanden, die einzige Ausnahme ist das Wasserstoffatom, dessen Kern ein Proton ist. Was ist ein Neutron, welche Struktur hat es? Obwohl es als elementarer "Baustein" des Kernels bezeichnet wird, hat es dennoch seine eigene innere Struktur. Insbesondere gehört es zur Familie der Baryonen und besteht aus drei Quarks, von denen zwei Quarks vom Down-Typ und eines vom Typ Up sind. Alle Quarks haben eine gebrochene elektrische Ladung: das obere ist positiv geladen (+2/3 der Elektronenladung), das untere ist negativ geladen (-1/3 der Elektronenladung). Deshalb hat das Neutron keine elektrische Ladung, weil es einfach durch die Quarks, aus denen es besteht, kompensiert wird. Das magnetische Moment des Neutrons ist jedoch nicht Null.

Bei der Zusammensetzung des Neutrons, dessen Definition oben gegeben wurde, ist jedes Quark mit Hilfe eines Gluonenfeldes mit den anderen verbunden. Das Gluon ist das Teilchen, das für die Bildung von Kernkräften verantwortlich ist.

Neben der Masse in Kilogramm und atomaren Masseneinheiten wird in der Kernphysik die Masse eines Teilchens auch in GeV (Gigaelektronenvolt) beschrieben. Möglich wurde dies nach Einsteins Entdeckung seiner berühmten Gleichung E=mc 2 , die Energie mit Masse in Beziehung setzt. Was ist ein Neutron in GeV? Dies ist ein Wert von 0,0009396, der etwas größer ist als der des Protons (0,0009383).

Stabilität der Neutronen und Atomkerne

Das Vorhandensein von Neutronen in Atomkernen ist sehr wichtig für ihre Stabilität und die Möglichkeit der Existenz der Atomstruktur selbst und der Materie im Allgemeinen. Tatsache ist, dass Protonen, aus denen auch der Atomkern besteht, eine positive Ladung haben. Und ihre Annäherung an enge Entfernungen erfordert den Einsatz enormer Energien aufgrund der elektrischen Coulomb-Abstoßung. Die zwischen Neutronen und Protonen wirkenden Kernkräfte sind 2-3 Größenordnungen stärker als die Coulomb-Kräfte. Daher sind sie in der Lage, positiv geladene Teilchen auf kurze Distanz zu halten. Kernwechselwirkungen sind kurzreichweitig und manifestieren sich nur innerhalb der Größe des Kerns.

Die Neutronenformel wird verwendet, um ihre Anzahl im Kern zu finden. Es sieht so aus: Die Anzahl der Neutronen = die Atommasse des Elements - die Ordnungszahl im Periodensystem.

Ein freies Neutron ist ein instabiles Teilchen. Seine durchschnittliche Lebensdauer beträgt 15 Minuten, danach zerfällt es in drei Teilchen:

• Elektron;
• Proton;
• Antineutrino.

Voraussetzungen für die Entdeckung des Neutrons

Die theoretische Existenz des Neutrons in der Physik wurde bereits 1920 von Ernest Rutherford vorgeschlagen, der auf diese Weise zu erklären versuchte, warum Atomkerne aufgrund der elektromagnetischen Abstoßung von Protonen nicht auseinanderfallen.

Bereits 1909 in Deutschland stellten Bothe und Becker fest, dass bei Bestrahlung leichter Elemente wie Beryllium, Bor oder Lithium mit hochenergetischen Alpha-Teilchen aus Polonium eine Strahlung entsteht, die beliebige Materialdicken durchdringt. Sie vermuteten, dass es sich um Gammastrahlung handelte, aber keine damals bekannte Strahlung hatte eine so große Durchschlagskraft. Die Experimente von Bothe und Becker sind nicht richtig interpretiert worden.

Entdeckung des Neutrons

Die Existenz des Neutrons wurde 1932 vom englischen Physiker James Chadwick entdeckt. Er untersuchte die radioaktive Strahlung von Beryllium, führte eine Reihe von Experimenten durch und erhielt Ergebnisse, die nicht mit den durch physikalische Formeln vorhergesagten übereinstimmten: Die Energie der radioaktiven Strahlung übertraf die theoretischen Werte bei weitem, und auch das Impulserhaltungsgesetz wurde verletzt. Daher war es notwendig, eine der Hypothesen zu akzeptieren:

1. Oder der Drehimpuls bleibt bei nuklearen Prozessen nicht erhalten.
2. Oder radioaktive Strahlung besteht aus Teilchen.

Der Wissenschaftler lehnte die erste Annahme ab, da sie den grundlegenden physikalischen Gesetzen widerspricht, also akzeptierte er die zweite Hypothese. Chadwick zeigte, dass die Strahlung in seinen Experimenten von Teilchen ohne Ladung gebildet wurde, die eine starke Durchdringungskraft haben. Außerdem konnte er die Masse dieser Teilchen messen und feststellen, dass sie etwas größer ist als die eines Protons.

Langsame und schnelle Neutronen

Abhängig von der Energie, die ein Neutron hat, wird es als langsam (in der Größenordnung von 0,01 MeV) oder schnell (in der Größenordnung von 1 MeV) bezeichnet. Eine solche Klassifizierung ist wichtig, da einige ihrer Eigenschaften von der Geschwindigkeit des Neutrons abhängen. Insbesondere schnelle Neutronen werden gut von Kernen eingefangen, was zur Bildung ihrer Isotope führt und ihre Spaltung verursacht. Langsame Neutronen werden von den Kernen fast aller Materialien schlecht eingefangen, sodass sie problemlos dicke Materieschichten durchdringen können.

Die Rolle des Neutrons bei der Spaltung des Urankerns

Wenn Sie sich fragen, was ein Neutron in der Kernenergie ist, können wir mit Zuversicht sagen, dass dies ein Mittel ist, um den Spaltungsprozess des Urankerns zu induzieren, begleitet von der Freisetzung großer Energie. Diese Spaltreaktion erzeugt auch Neutronen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die erzeugten Neutronen wiederum induzieren den Zerfall anderer Urankerne, und die Reaktion verläuft kettenförmig.

Wenn die Uranspaltungsreaktion unkontrolliert abläuft, führt dies zu einer Explosion des Reaktionsvolumens. Dieser Effekt wird in Atombomben genutzt. Die kontrollierte Spaltreaktion von Uran ist die Energiequelle in Kernkraftwerken.

NEUTRON
Neutron

Neutron ist ein neutrales Teilchen, das zur Klasse der Baryonen gehört. Zusammen mit dem Proton bildet das Neutron Atomkerne. Neutronenmasse mn = 938,57 MeV/c 2 ≈ 1,675 10 -24 g Das Neutron hat wie das Proton einen Spin von 1/2ћ und ist ein Fermion. wobei μ N = e ћ /2m r s das Kernmagneton ist (m r ist die Masse des Protons, es wird das Gaußsche Einheitensystem verwendet). Ein Neutron ist etwa 10 -13 cm groß und besteht aus drei Quarks: einem u-Quark und zwei d-Quarks, d.h. seine Quarkstruktur ist udd.
Das Neutron hat als Baryon die Baryonenzahl B = +1. Das Neutron ist im freien Zustand instabil. Da es etwas schwerer als ein Proton ist (um 0,14 %), zerfällt es unter Bildung eines Protons im Endzustand. In diesem Fall wird das Erhaltungsgesetz der Baryonenzahl nicht verletzt, da die Baryonenzahl des Protons ebenfalls +1 ist. Als Folge dieses Zerfalls werden auch ein Elektron e - und ein Elektron-Antineutrino e gebildet. Der Zerfall erfolgt aufgrund der schwachen Wechselwirkung.

Zerfallsschema n → p + e - + e.

Die Lebensdauer eines freien Neutrons beträgt τ n ≈ 890 sec. In der Zusammensetzung des Atomkerns kann das Neutron genauso stabil sein wie das Proton.
Das Neutron ist als Hadron an der starken Wechselwirkung beteiligt.
Das Neutron wurde 1932 von J. Chadwick entdeckt.

Erklärendes Wörterbuch der russischen Sprache. DN Uschakow

Neutron

Neutron, m. (vom lateinischen Neutrum, lit. weder das eine noch das andere) (physikalisch. neu). Ein materielles Teilchen, das ohne elektrische Ladung in den Kern eines Atoms eintritt, ist elektrisch neutral.

Erklärendes Wörterbuch der russischen Sprache. S. I. Ozhegov, N. Yu. Shvedova.

Neutron

A, m. (speziell). Ein elektrisch neutrales Elementarteilchen mit einer Masse, die fast der eines Protons entspricht.

adj. Neutron, th, th.

Neues erklärendes und abgeleitetes Wörterbuch der russischen Sprache, T. F. Efremova.

Neutron

m. Elektrisch neutrales Elementarteilchen.

Enzyklopädisches Wörterbuch, 1998

Neutron

NEUTRON (engl. neutron, von lat. neutrum - weder das eine noch das andere) (n) ein neutrales Elementarteilchen mit einem Spin von 1/2 und einer Masse, die die Masse eines Protons um 2,5 Elektronenmassen übersteigt; bezieht sich auf Baryonen. Im freien Zustand ist das Neutron instabil und hat eine Lebensdauer von ca. 16min. Zusammen mit Protonen bildet das Neutron Atomkerne; das Neutron ist in Kernen stabil.

Neutron

(dt. Neutron, von lat. Neutrum ≈ weder das eine noch das andere; Symbol n), neutrales (nicht elektrisch geladenes) Elementarteilchen mit Spin 1/2 (in Einheiten der Planck-Konstante) und einer Masse, die die Masse geringfügig übersteigt eines Protons. Alle Atomkerne sind aus Protonen und Stickstoff aufgebaut. Das magnetische Moment von N. ist ungefähr gleich zwei Kernmagnetonen und negativ, dh es ist dem mechanischen Spin-Drehimpuls entgegengesetzt gerichtet. N. gehören zur Klasse der stark wechselwirkenden Teilchen (Hadronen) und gehören zur Gruppe der Baryonen, das heißt, sie haben eine besondere innere Eigenschaft - Baryonenladung, gleich wie die eines Protons (p), +

N. wurden 1932 von dem englischen Physiker J. Chadwick entdeckt, der feststellte, dass die von den deutschen Physikern W. Bothe und G. Becker entdeckte durchdringende Strahlung beim Beschuss von Atomkernen (insbesondere Beryllium) mit a-Teilchen auftritt , besteht aus ungeladenen Teilchen mit einer Masse nahe der Protonenmasse.

N. sind nur als Teil stabiler Atomkerne stabil. Svobodny N. ≈ instabiles Teilchen, das in ein Proton, ein Elektron (e-) und ein Elektron-Antineutrino zerfällt:

mittlere Lebensdauer von H. t » 16 min. In Materie existieren freie Neutronen aufgrund ihrer starken Absorption durch Kerne noch weniger (in dichten Substanzen, Einheiten ≈ Hunderte von Mikrosekunden). Daher entstehen freie N. in der Natur oder fallen im Labor nur als Folge von Kernreaktionen aus (vgl. Neutronenquellen). Freier Stickstoff wiederum ist in der Lage, mit Atomkernen bis zu den schwersten zu interagieren; Beim Verschwinden verursacht Stickstoff die eine oder andere Kernreaktion, von der die Spaltung schwerer Kerne von besonderer Bedeutung ist, sowie den Strahlungseinfang von Stickstoff, der in einer Reihe von Fällen zur Bildung radioaktiver Isotope führt. Die große Effizienz von Neutronen bei der Durchführung von Kernreaktionen, die Einzigartigkeit der Wechselwirkung sehr langsamer Neutronen mit Materie (Resonanzeffekte, Beugungsstreuung an Kristallen etc.) machen Neutronen zu einem außerordentlich wichtigen Forschungswerkzeug in der Kern- und Festkörperphysik. In der Praxis spielen Neutronen eine Schlüsselrolle in der Kernenergietechnik, der Produktion von Transuranen und radioaktiven Isotopen (künstliche Radioaktivität) und werden auch in der chemischen Analyse (Aktivierungsanalyse) und geologischen Exploration (Neutronenprotokollierung) weit verbreitet.

Abhängig von der Energie von N. wird ihre bedingte Klassifizierung akzeptiert: ultrakaltes N. (bis 10-7 eV), sehr kalt (10-7≈10-4 eV), kalt (10-4≈5 × 10-3 eV), thermisch (5 × 10-3≈0,5 eV), resonant (0,5≈104 eV), intermediär (104≈105 eV), schnell (105≈108 eV), hochenergetisch (108≈1010 eV) und relativistisch (³ 1010 eV); Alle Neutronen mit Energien bis 105 eV werden unter dem gemeinsamen Namen langsame Neutronen vereint.

══Über die Methoden zur Registrierung von Neutronen siehe Neutronendetektoren.

Haupteigenschaften von Neutronen

Gewicht. Die am genauesten zu bestimmende Größe ist die Massendifferenz zwischen Neutron und Proton: mn ≈ mр= (1,29344 ╠ 0,00007) MeV, gemessen durch die Energiebilanz verschiedener Kernreaktionen. Aus einem Vergleich dieser Größe mit der Protonenmasse ergibt sich (in Energieeinheiten)

mn = (939,5527 ≤ 0,0052) MeV;

dies entspricht mn» 1,6╥10-24g oder mn» 1840 me, wobei me ≈ die Elektronenmasse ist.

Spin und Statistiken. Der Wert von 1/2 für den Spin N. wird durch eine Vielzahl von Tatsachen bestätigt. In Experimenten zur Aufspaltung eines Strahls sehr langsamer Neutronen in einem inhomogenen Magnetfeld wurde der Spin direkt gemessen. Im allgemeinen Fall sollte sich der Strahl in 2J+ 1 Einzelstrahlen aufteilen, wobei J ≈ Spin H. Im Experiment wurde eine Aufspaltung in 2 Strahlen beobachtet, was impliziert, dass J = 1/

Als Teilchen mit halbzahligem Spin gehorcht N. der Fermi-≈-Dirac-Statistik (es ist ein Fermion); Unabhängig davon wurde dies anhand experimenteller Daten zur Struktur von Atomkernen festgestellt (siehe Kernhüllen).

Die elektrische Ladung des Neutrons Q = 0. Direkte Messungen von Q aus der Ablenkung des H-Strahls in einem starken elektrischen Feld zeigen, dass mindestens Q< 10-17e, где е ≈ элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2╥10-22е.

Andere Neutronenquantenzahlen. In seinen Eigenschaften kommt N. dem Proton sehr nahe: n und p haben nahezu gleiche Massen, gleichen Spin und können sich beispielsweise bei Beta-Zerfallsprozessen gegenseitig ineinander umwandeln; sie äußern sich in gleicher Weise in Prozessen, die durch starke Wechselwirkung verursacht werden, insbesondere sind die zwischen den Paaren p≈p, n≈p und n≈n wirkenden Kernkräfte gleich (wenn sich die Teilchen jeweils in gleichen Zuständen befinden). Eine so tiefe Ähnlichkeit ermöglicht es uns, N. und das Proton als ein Teilchen ≈ Nukleon zu betrachten, das sich in zwei verschiedenen Zuständen befinden kann, die sich in der elektrischen Ladung Q unterscheiden. Ein Nukleon in einem Zustand mit Q \u003d + 1 ist ein Proton mit Q \u003d 0 ≈ N. Dementsprechend wird dem Nukleon (in Analogie zum üblichen Spin) eine innere Eigenschaft ≈ isotonischer Spin I, gleich 1/2, zugeschrieben, dessen „Projektion“ (gemäß den allgemeinen Regeln der Quantenmechanik) erfolgen kann. 2I + 1 = 2 Werte: + 1/2 und ≈1/2. Somit bilden n und p ein Isotopendublett (siehe Isotopeninvarianz): Das Nukleon im Zustand mit der Projektion des Isotopenspins auf die Quantisierungsachse + 1/2 ist ein Proton, und mit der Projektion ≈1/2 ≈ H. Als Bestandteile des Isotopendubletts haben N. und Proton nach der modernen Systematik der Elementarteilchen die gleichen Quantenzahlen: Baryonenladung B = + 1, Leptonenladung L = 0, Strangeness S = 0 und positive innere Parität. Das isotopische Dublett von Nukleonen ist Teil einer größeren Gruppe "ähnlicher" Teilchen ≈ des sogenannten Baryonen-Oktetts mit J = 1/2, B = 1 und positiver intrinsischer Parität; neben n und p gehören zu dieser Gruppe L-, S=-, S0-, X
--, X0 - Hyperonen, die sich von n und p durch Fremdheit unterscheiden (siehe Elementarteilchen).

Das magnetische Dipolmoment des Neutrons, bestimmt aus Kernspinresonanzexperimenten ist:

mn = ≈ (1,91315 ╠ 0,00007) ich,

wobei mn=5.05×10-24erg/gs ≈ Kernmagneton. Ein Teilchen mit Spin 1/2, beschrieben durch die Dirac-Gleichung, muss ein magnetisches Moment gleich einem Magneton haben, wenn es geladen ist, und null, wenn es nicht geladen ist. Das Vorhandensein eines magnetischen Moments in N. sowie der anomale Wert des magnetischen Moments des Protons (mp = 2,79 mya) weisen darauf hin, dass diese Teilchen eine komplexe innere Struktur haben, dh dass in ihnen elektrische Ströme fließen eine zusätzliche „Anomalie“ erzeugen, ist das magnetische Moment des Protons 1,79 my und ungefähr gleich groß und hat das entgegengesetzte Vorzeichen wie das magnetische Moment H. (≈1,9 my) (siehe unten).

Elektrisches Dipolmoment. Aus theoretischer Sicht muss das elektrische Dipolmoment d jedes Elementarteilchens gleich Null sein, wenn die Wechselwirkungen von Elementarteilchen zeitumkehrinvariant sind (T-Invarianz). Die Suche nach einem elektrischen Dipolmoment in Elementarteilchen ist einer der Tests dieser fundamentalen Position der Theorie, und von allen Elementarteilchen ist N. das geeignetste Teilchen für solche Suchen. Experimente mit der Magnetresonanzmethode an einem kalten N.-Strahl zeigten, dass dn< 10-23см╥e. Это означает, что сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия с большой точностью Т-инвариантны.

Neutronenwechselwirkungen

N. nehmen an allen bekannten Wechselwirkungen von Elementarteilchen teil - stark, elektromagnetisch, schwach und gravitativ.

Starke Wechselwirkung von Neutronen. N. und das Proton nehmen an starken Wechselwirkungen als Komponenten eines einzigen isotopischen Dubletts von Nukleonen teil. Die Isotopeninvarianz starker Wechselwirkungen führt zu einer gewissen Beziehung zwischen den Eigenschaften verschiedener Prozesse, an denen Neutronen und Protonen beteiligt sind, beispielsweise die Wirkungsquerschnitte für p+
--Mesonen auf N. sind gleich, da die Systeme p + p und pn den gleichen Isotopenspin I = 3/2 haben und sich nur in den Werten der Projektion des Isotopenspins I3 (I3 = + 3/2 im ersten Fall und I3 = ≈ 3/2 im zweiten Fall), sind die Wirkungsquerschnitte für K+ am Proton und K╟ an H gleich usw. Die Gültigkeit solcher Zusammenhänge wurde in einer Vielzahl von Experimenten an Hochenergiebeschleunigern experimentell verifiziert. [Angesichts des Fehlens von Targets, die aus N. bestehen, werden Daten über die Wechselwirkung verschiedener instabiler Teilchen mit N. hauptsächlich aus Experimenten zur Streuung dieser Teilchen durch das Deuteron (d) ≈ ​​​​der einfachste Kern, der N. enthält, gewonnen. ]

Bei niedrigen Energien unterscheiden sich die tatsächlichen Wechselwirkungen von Neutronen und Protonen mit geladenen Teilchen und Atomkernen stark aufgrund des Vorhandenseins einer elektrischen Ladung auf dem Proton, was das Vorhandensein von weitreichenden Coulomb-Kräften zwischen dem Proton und anderen geladenen Teilchen bei solchen bestimmt Entfernungen, bei denen nukleare Kräfte kurzer Reichweite praktisch nicht vorhanden sind. Wenn die Stoßenergie eines Protons mit einem Proton oder einem Atomkern unterhalb der Höhe der Coulomb-Barriere liegt (die für schwere Kerne etwa 15 MeV beträgt), erfolgt die Streuung des Protons hauptsächlich aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskräfte, die dies tun die Teilchen dürfen sich nicht bis zu Entfernungen in der Größenordnung des Wirkungsradius nuklearer Kräfte annähern. Die fehlende elektrische Ladung von N. ermöglicht es ihm, in die Elektronenhüllen von Atomen einzudringen und sich Atomkernen ungehindert zu nähern. Genau dies bestimmt die einzigartige Fähigkeit von Neutronen relativ niedriger Energie, verschiedene Kernreaktionen zu induzieren, einschließlich der Spaltungsreaktion schwerer Kerne. Für Methoden und Ergebnisse von Untersuchungen zur Wechselwirkung von Neutronen mit Kernen siehe die Artikel Langsame Neutronen, Neutronenspektroskopie, Kerne der Atomspaltung und Streuung langsamer Neutronen durch Protonen bei Energien bis zu 15 MeV ist im System des Zentrums kugelsymmetrisch der Trägheit. Dies deutet darauf hin, dass die Streuung durch die Wechselwirkung n ≈ p in einem Zustand der Relativbewegung mit einem Bahndrehimpuls l = 0 (der sogenannten S-Welle) bestimmt wird. Streuung im S-Zustand ist ein spezifisch quantenmechanisches Phänomen, das kein Analogon in der klassischen Mechanik hat. Sie überwiegt die Streuung in anderen Zuständen, wenn die De-Broglie-Wellenlänge H.

in der Größenordnung oder größer als der Aktionsradius der Kernkräfte (≈ Plancksche Konstante, v ≈ N.-Geschwindigkeit). Da bei einer Energie von 10 MeV die Wellenlänge H.

Dieses Merkmal der Neutronenstreuung an Protonen bei solchen Energien liefert direkt Informationen über die Größenordnung des Wirkungsradius von Kernkräften. Eine theoretische Betrachtung zeigt, dass die Streuung im S-Zustand schwach von der detaillierten Form des Wechselwirkungspotentials abhängt und mit guter Genauigkeit durch zwei Parameter beschrieben wird: den effektiven Potentialradius r und die sogenannte Streulänge a. Tatsächlich ist zur Beschreibung der Streuung n ≈ p die Anzahl der Parameter doppelt so groß, da das System np in zwei Zuständen mit unterschiedlichen Werten des Gesamtspins sein kann: J = 1 (Triplettzustand) und J = 0 (Singlet-Zustand). Die Erfahrung zeigt, dass die Längen der N.-Streuung an einem Proton und die effektiven Wechselwirkungsradien im Singulett- und Triplettzustand unterschiedlich sind, dh die Kernkräfte hängen vom Gesamtspin der Teilchen ab, außerdem folgt aus Experimenten, dass der gebundene Zustand des Systems np (Deuteriumkern) kann nur existieren, wenn der Gesamtspin 1 ist, während im Singulett-Zustand die Größe der Kernkräfte nicht ausreicht, um einen gebundenen Zustand H. ≈ Proton zu bilden. Die Länge der Kernstreuung im Singulett-Zustand, bestimmt aus Experimenten zur Streuung von Protonen an Protonen (zwei Protonen im S-Zustand können nach dem Pauli-Prinzip nur in einem Zustand mit Null-Gesamtspin sein), ist gleich die Streulänge n≈p im Singulettzustand. Dies steht im Einklang mit der Isotopeninvarianz starker Wechselwirkungen. Das Fehlen eines gebundenen Systems pr im Singulett-Zustand und die Isotopeninvarianz der Kernkräfte lassen den Schluss zu, dass es kein gebundenes System aus zwei Neutronen ≈ dem sogenannten Bineutron geben kann (ähnlich wie bei Protonen müssen zwei Neutronen im S-Zustand sein haben einen Gesamtspin gleich Null). Direkte Experimente zur Streuung n≈n wurden aufgrund des Fehlens von Neutronenzielen nicht durchgeführt, jedoch indirekte Daten (Eigenschaften von Kernen) und direkter ≈ die Untersuchung der Reaktionen 3H + 3H = 4He + 2n, p- + d = 2n + g ≈ stimmen mit der Hypothese der Isotopeninvarianz der Kernkräfte und dem Fehlen eines Bineutrons überein. [Wenn es ein Bineutron gäbe, dann würden bei diesen Reaktionen Peaks bei wohldefinierten Energien in der Energieverteilung von a-Teilchen (4He-Kerne) bzw. g-Quanten beobachtet werden.] Obwohl die Kernwechselwirkung im Singulett-Zustand dies nicht ist stark genug ist, um ein Bineutron zu bilden, schließt dies nicht die Möglichkeit der Bildung eines gebundenen Systems aus, das nur aus einer großen Anzahl von Neutronenkernen besteht. Dieses Problem erfordert weitere theoretische und experimentelle Untersuchungen. Versuche, Kerne aus drei oder vier Kernen sowie die Kerne 4H, 5H und 6H experimentell zu entdecken, haben bisher trotz des Fehlens einer konsistenten Theorie starker Wechselwirkungen auf der Grundlage einer Reihe von Es ist möglich, einige Gesetzmäßigkeiten starker Wechselwirkungen und die Struktur von Neutronen qualitativ zu verstehen, da nach diesen Vorstellungen die starke Wechselwirkung zwischen N. und anderen Hadronen (z. B. dem Proton) durch den Austausch virtueller Hadronen zustande kommt (vgl Virtuelle Teilchen) ≈ p-Mesonen, r-Mesonen usw. Ein solches Wechselwirkungsmuster erklärt die Nahreichweite der Kernkräfte, der Radius, der durch die Compton-Wellenlänge des leichtesten Hadrons bestimmt wird ≈ p-Meson (gleich 1,4 × 10-13 cm). Gleichzeitig weist es auf die Möglichkeit einer virtuellen Transformation von N. in andere Hadronen hin, zB den Prozess der Emission und Absorption eines p-Mesons: n = p + p- = n. Die Intensität der aus Erfahrung bekannten starken Wechselwirkungen ist so groß, dass N. die meiste Zeit in solchen „dissoziierten“ Zuständen verbringen muss, quasi in einer „Wolke“ aus virtuellen p-Mesonen und anderen Hadronen. Dies führt zu einer räumlichen Verteilung der elektrischen Ladung und des magnetischen Moments innerhalb des N., dessen physikalische Dimensionen durch die Dimensionen der "Wolke" virtueller Teilchen bestimmt sind (siehe auch Formfaktor). Insbesondere erweist es sich als möglich, die oben erwähnte ungefähre betragsmäßige Gleichheit der anomalen magnetischen Momente des Neutrons und des Protons qualitativ zu interpretieren, wenn wir davon ausgehen, dass das magnetische Moment des Neutrons durch die Bahnbewegung von erzeugt wird aufgeladen p
--Mesonen, die virtuell im Prozess n = p + p- = n emittiert werden, und das anomale magnetische Moment des Protons ≈ durch die Orbitalbewegung der durch den Prozess p = n + p+ = p erzeugten virtuellen Wolke von p+-Mesonen.

Elektromagnetische Wechselwirkungen des Neutrons. Die elektromagnetischen Eigenschaften von N. werden durch das Vorhandensein eines magnetischen Moments darin sowie durch die Verteilung positiver und negativer Ladungen und Ströme bestimmt, die in N. vorhanden sind. Alle diese Merkmale sind, wie aus dem vorigen hervorgeht, mit der Teilnahme von N. an einer starken Wechselwirkung verbunden, die seine Struktur bestimmt. Das magnetische Moment von N. bestimmt das Verhalten von N. in äußeren elektromagnetischen Feldern: die Aufspaltung des N.-Strahls in einem inhomogenen Magnetfeld, die Präzession der N.-Spin-Quanten (Photoproduktion von Mesonen). Die elektromagnetischen Wechselwirkungen von Neutronen mit den Elektronenhüllen von Atomen und Atomkernen führen zu einer Reihe von Phänomenen, die für die Erforschung des Aufbaus von Materie wichtig sind. Die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit den magnetischen Momenten der Elektronenhüllen von Atomen zeigt sich signifikant für N., dessen Wellenlänge in der Größenordnung von oder größer als atomare Dimensionen ist (Energie 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).

Die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit dem elektrischen Feld des Kerns bewirkt eine spezifische Streuung von N., die erstmals von dem amerikanischen Physiker Yu. Schwinger angedeutet und daher „Schwinger“ genannt wurde. Der Gesamtwirkungsquerschnitt für diese Streuung ist klein, aber bei kleinen Winkeln (~ 3°) wird er vergleichbar mit dem Wirkungsquerschnitt für Kernstreuung; N. gestreut in solchen Winkeln sind stark polarisiert.

Die Wechselwirkung von N. ≈ Elektron (n≈e), die nicht mit dem Eigen- oder Bahnmoment des Elektrons zusammenhängt, wird hauptsächlich auf die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit dem elektrischen Feld des Elektrons zurückgeführt. Ein weiterer, scheinbar kleinerer Beitrag zur (n≈e)-Wechselwirkung könnte auf die Verteilung der elektrischen Ladungen und Ströme innerhalb von H zurückzuführen sein. Obwohl die (n≈e)-Wechselwirkung sehr klein ist, wurde sie in mehreren Experimenten beobachtet.

Schwache Neutronenwechselwirkung manifestiert sich in Prozessen wie dem Zerfall von N.:

Einfangen eines Elektron-Antineutrinos durch ein Proton:

und Myon-Neutrino (nm) durch Neutron: nm + n ╝ p + m-, nuklearer Einfang von Myonen: m- + p ╝ n + nm, Zerfälle fremder Teilchen, zum Beispiel L ╝ p╟ + n, etc.

Gravitationswechselwirkung eines Neutrons. N. ist das einzige Elementarteilchen mit einer Ruhemasse, für das eine gravitative Wechselwirkung direkt beobachtet wurde, dh die Krümmung der Flugbahn eines gut gebündelten Strahls aus kaltem N. im Gravitationsfeld der Erde N. fällt im Rahmen der experimentellen Genauigkeit mit der Gravitationsbeschleunigung makroskopischer Körper zusammen.

Neutronen im Universum und im erdnahen Weltraum

Die Frage nach der Menge an Neutronen im Universum in den frühen Stadien seiner Expansion spielt eine wichtige Rolle in der Kosmologie. Nach dem Modell des heißen Universums (siehe Kosmologie) hat ein erheblicher Teil der ursprünglich vorhandenen freien Neutronen Zeit, während der Expansion zu zerfallen. Der Anteil an Neutronen, der von Protonen eingefangen wird, sollte schließlich zu ungefähr 30 % Gehalt an He-Kernen und 70 % Gehalt an Protonen führen. Die experimentelle Bestimmung der prozentualen Zusammensetzung von He im Universum ist einer der kritischen Tests des Modells des heißen Universums.

Die Entwicklung von Sternen führt in einigen Fällen zur Entstehung von Neutronensternen, zu denen insbesondere die sogenannten Pulsare gehören.

In der Hauptkomponente der kosmischen Strahlung fehlen Neutronen aufgrund ihrer Instabilität. Die Wechselwirkungen von Teilchen der kosmischen Strahlung mit den Kernen von Atomen in der Erdatmosphäre führen jedoch zur Erzeugung von Neutronen in der Atmosphäre. Die von diesen N. verursachte 14N(n, p)14C-Reaktion ist die Hauptquelle des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14C in der Atmosphäre, von wo aus es in lebende Organismen gelangt; Die Radiokohlenstoffmethode der Geochronologie basiert auf der Bestimmung des 14C-Gehalts in organischen Überresten. Der Zerfall langsamer Neutronen, die aus der Atmosphäre in den erdnahen Weltraum diffundieren, ist eine der Hauptquellen von Elektronen, die den inneren Bereich des Strahlungsgürtels der Erde füllen.

Beschuss von Urankernen Neutronen Berylliumstab verbrauchte viel mehr Energie, als während der Primärspaltung freigesetzt wurde.

Daher war es für den Betrieb des Reaktors notwendig, dass sich jedes Atom spaltete Neutronen

Daher war es für den Betrieb des Reaktors notwendig, dass sich jedes Atom spaltete Neutronen Berylliumstab wiederum verursachte die Spaltung anderer Atome.

gute Quelle Neutronen war selbst für ein armes Labor erschwinglich: ein wenig Radium und ein paar Gramm Berylliumpulver.

Die gleiche Menge konnte in einem Zyklotron in zwei Tagen erhalten werden, wenn man eines benutzte Neutronen, durch beschleunigte Deuteronen von einem Beryllium-Target ausgeschaltet.

Dann konnte gezeigt werden, dass Berylliumstrahlung tatsächlich aus Gammastrahlen und einem Fluss besteht Neutronen.

Sehen Sie, der ursprüngliche Fluss Neutronen wird eine einfache kugelförmige Ausdehnung der Primärexplosion sein, aber Beryllium wird sie einfangen “, erklärte Fromm, der neben Quati stand.

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Zu einem Borcarbidstab, hoch saugfähig Neutronen, hängte einen 4,5 m langen Graphitverdränger auf.

Ersatz dieser Säulen durch einen Graphitverdränger, der weniger absorbiert Neutronen, und erstellt einen lokalen Reaktor.

Mindestgröße Die Mindestgröße eines lebenden inerten natürlichen Körpers eines natürlichen Körpers wird durch die Dispersion bestimmt, die durch Atmung, Materie-Energie bestimmt wird - ein Atom, hauptsächlich ein Gaselektron, Korpuskel, biogene Migration von Atomen Neutron etc.

Die Idee eines langlebigen zusammengesetzten Kerns erlaubte Bohr, das sogar sehr langsam vorauszusehen Neutronen.

Der strukturelle Unterschied zwischen ihnen wird auf die Anzahl der darin enthaltenen Protonen reduziert, Neutronen, Mesonen und Elektronen, aber jede sukzessive Hinzufügung eines Proton-Elektron-Paares zum System verändert stark die funktionellen Eigenschaften der gesamten Aggregateinheit als Ganzes, und dies ist eine klare Bestätigung der Regulierung der Anzahl von fnl.

Der RBMK-1000-Reaktor ist ein Kanalreaktor, Moderator Neutronen- Graphit, Kühlmittel - normales Wasser.

Neutron (englisches Neutron, vom lateinischen Neutrum - weder das eine noch das andere; Symbol n)

neutrales (ohne elektrische Ladung) Elementarteilchen mit Spin 1/2 (in Einheiten der Planckschen Konstante ħ ) und eine Masse, die etwas größer ist als die Masse eines Protons. Alle Atomkerne sind aus Protonen und Stickstoff aufgebaut. Das magnetische Moment von N. ist ungefähr gleich zwei Kernmagnetonen und negativ, dh es ist dem mechanischen Spin-Drehimpuls entgegengesetzt gerichtet. N. gehören zur Klasse der stark wechselwirkenden Teilchen (Hadronen) und gehören zur Gruppe der Baryonen, das heißt, sie haben eine besondere innere Eigenschaft - eine Baryonenladung (siehe Baryonenladung) , gleich, wie die des Protons (p), + 1. N. wurden 1932 von dem englischen Physiker J. Chadwick entdeckt , der feststellte, dass die von den deutschen Physikern W. Bothe und G. Becker entdeckte durchdringende Strahlung, die beim Beschuss von Atomkernen (insbesondere Beryllium) mit α-Teilchen entsteht, aus ungeladenen Teilchen mit einer Masse nahe der eines Protons besteht .

N. sind nur als Teil stabiler Atomkerne stabil. Freies N. - ein instabiles Teilchen, das in ein Proton, ein Elektron (e -) und ein Elektron-Antineutrino zerfällt

mittlere Lebensdauer von H. τ ≈ 16 Mindest. In Materie gibt es noch weniger freien N. (in dichten Substanzen, Einheiten - Hunderte Mikrosekunde) aufgrund ihrer starken Absorption durch Kerne. Daher entstehen freie N. in der Natur oder werden im Labor nur durch Kernreaktionen gewonnen (siehe) . Freier Stickstoff wiederum ist in der Lage, mit Atomkernen bis zu den schwersten zu interagieren; Beim Verschwinden verursacht Stickstoff die eine oder andere Kernreaktion, von der die Spaltung schwerer Kerne von besonderer Bedeutung ist, sowie den Strahlungseinfang von Stickstoff, der in einer Reihe von Fällen zur Bildung radioaktiver Isotope führt. Die große Effizienz von Neutronen bei der Durchführung von Kernreaktionen, die Einzigartigkeit der Wechselwirkung sehr langsamer Neutronen mit Materie (Resonanzeffekte, Beugungsstreuung an Kristallen etc.) machen Neutronen zu einem außerordentlich wichtigen Forschungswerkzeug in der Kern- und Festkörperphysik. In der Praxis spielen Neutronen eine Schlüsselrolle bei der Produktion von Transuranen und radioaktiven Isotopen (künstliche Radioaktivität) und werden auch in großem Umfang in der chemischen Analyse (Aktivierungsanalyse) und geologischen Exploration (Neutronenprotokollierung) verwendet.

Abhängig von der Energie von N. wird ihre bedingte Klassifizierung akzeptiert: ultrakaltes N. (bis zu 10 -7 ev), sehr kalt (10 -7 -10 -4 eV), kalt (10 -4 -5․10 -3 ev), thermisch (5․10 -3 -0,5 eV), resonant (0,5-10 4 ev), mittel (10 4 -10 5 ev), schnell (10 5 -10 8 ev), hochenergetisch (10 8 -10 10 ev) und relativistisch (≥ 10 10 eV); alle N. mit Energie bis 10 5 ev sind unter dem gemeinsamen Namen langsame Neutronen vereint.

Haupteigenschaften von Neutronen

Gewicht. Die am genauesten zu bestimmende Größe ist die Massendifferenz zwischen Neutron und Proton: m n - m p= (1,29344 ± 0,00007) mev, gemessen an der Energiebilanz verschiedener Kernreaktionen. Aus einem Vergleich dieser Größe mit der Protonenmasse ergibt sich (in Energieeinheiten)

m n= (939,5527±0,0052) Mev;

es entspricht m n≈ 1,6 10 -24 G, oder m n≈ 1840 mich, wo mich - die Masse eines Elektrons.

Spin und Statistiken. Der Wert von 1 / 2 für den Spin N. wird durch eine Vielzahl von Fakten bestätigt. In Experimenten zur Aufspaltung eines Strahls sehr langsamer Neutronen in einem inhomogenen Magnetfeld wurde der Spin direkt gemessen. Im allgemeinen Fall muss der Strahl in 2 geteilt werden J+ 1 separate Bündel, wo J- Spin H. Im Experiment wurde eine Aufspaltung in 2 Strahlen beobachtet, woraus folgt J= 1/2 . Als Teilchen mit halbzahligem Spin gehorcht N. der Fermi-Dirac-Statistik (siehe Fermi-Dirac-Statistik) (es ist ein Fermion); Unabhängig davon wurde dies anhand experimenteller Daten zur Struktur von Atomkernen festgestellt (siehe Kernhüllen).

Die elektrische Ladung des Neutrons Q= 0. Direkte Messungen Q durch die Ablenkung des N.-Strahls in einem starken elektrischen Feld zeigen, dass zumindest Q e, wo e - elektrische Elementarladung, und indirekte Messungen (nach der elektrischen Neutralität makroskopischer Gasvolumina) geben eine Abschätzung Q e.

Andere Neutronenquantenzahlen. In seinen Eigenschaften kommt N. dem Proton sehr nahe: n und p haben nahezu gleiche Massen, gleichen Spin, können sich beispielsweise bei Beta-Zerfallsprozessen gegenseitig ineinander umwandeln und ; Sie manifestieren sich in gleicher Weise in Prozessen, die durch starke Wechselwirkungen verursacht werden (siehe Starke Wechselwirkungen), insbesondere Kernkräfte , zwischen Paaren von p-p, n-p und n-n wirken, sind gleich (wenn sich die Teilchen jeweils in denselben Zuständen befinden). Eine solch tiefe Ähnlichkeit erlaubt es uns, N. und das Proton als ein Teilchen zu betrachten – das Nukleon, das sich in zwei verschiedenen Zuständen befinden kann, die sich in der elektrischen Ladung unterscheiden Q. Nukleon im Zustand mit Q= + 1 ist ein Proton, mit Q = 0 - N. Dementsprechend wird dem Nukleon (in Analogie zum üblichen Spin) eine interne Eigenschaft zugewiesen - isotonischer Spin ich, gleich 1 / 2 , dessen „Projektion“ (nach den allgemeinen Regeln der Quantenmechanik) 2 annehmen kann ich+ 1 = 2 Werte: + 1 / 2 und - 1 / 2 . Somit bilden n und p ein Isotopendublett (siehe Isotopeninvarianz) : Das Nukleon im Zustand mit der Projektion des Isotopenspins auf die Quantisierungsachse + 1/2 ist ein Proton, und mit der Projektion - 1/2 - N. Als Komponenten des Isotopendubletts sind N. und das Proton gem die moderne Systematik der Elementarteilchen, haben dieselben Quantenzahlen: die Baryonenladung v=+ 1, Leptonladung L = 0, Seltsamkeit S= 0 und positive intrinsische Parität . Das isotopische Dublett der Nukleonen gehört zu einer größeren Gruppe „ähnlicher“ Teilchen – dem sogenannten Baryonen-Oktett J = 1 / 2 ,v= 1 und positive intrinsische Parität; neben n und p umfasst diese Gruppe Λ - , Σ ± -, Σ 0 -, Ξ - -, Ξ 0 - Hyperone , sich von n und p durch Fremdheit unterscheiden (siehe Elementarteilchen).

Das magnetische Dipolmoment des Neutrons, bestimmt aus Kernspinresonanzexperimenten ist:

μ n \u003d - (1,91315 ± 0,00007) μ ich,

wo μ ich \u003d 5,05․10 -24 erg/gs - Kernmagneton. Ein Teilchen mit Spin 1/2, beschrieben durch die Dirac-Gleichung m , muss ein magnetisches Moment gleich einem Magneton haben, wenn es geladen ist, und null, wenn es nicht geladen ist. Das Vorhandensein eines magnetischen Moments in N. sowie der anomale Wert des magnetischen Moments des Protons (μ p \u003d 2,79 μ i) weisen darauf hin, dass diese Partikel eine komplexe innere Struktur haben, dh elektrische Ströme vorhanden sind in ihnen, die ein zusätzliches „das anomale „magnetische Moment des Protons ist 1,79μ“ und ungefähr gleich groß und mit entgegengesetztem Vorzeichen zum magnetischen Moment H. (-1,9μ“) erzeugen (siehe unten).

Elektrisches Dipolmoment. Aus theoretischer Sicht das elektrische Dipolmoment D jedes Elementarteilchens muss gleich Null sein, wenn die Wechselwirkungen von Elementarteilchen unter Zeitumkehr invariant sind (siehe Zeitumkehr) (T-Invarianz). Die Suche nach einem elektrischen Dipolmoment in Elementarteilchen ist einer der Tests dieser fundamentalen Position der Theorie, und von allen Elementarteilchen ist N. das geeignetste Teilchen für solche Suchen. Experimente mit der Methode der Magnetresonanz an einem kalten N.-Strahl zeigten das n siehe E. Das bedeutet, dass starke, elektromagnetische und schwache Wechselwirkungen mit hoher Genauigkeit T-invariant.

Neutronenwechselwirkungen

N. nehmen an allen bekannten Wechselwirkungen von Elementarteilchen teil - stark, elektromagnetisch, schwach und gravitativ.

Starke Wechselwirkung von Neutronen. N. und das Proton nehmen an starken Wechselwirkungen als Komponenten eines einzigen isotopischen Dubletts von Nukleonen teil. Die Isotopeninvarianz starker Wechselwirkungen führt zu einer gewissen Beziehung zwischen den Eigenschaften verschiedener Prozesse, an denen N. und das Proton beteiligt sind, beispielsweise die Wirkungsquerschnitte für die Streuung eines π + -Mesons an einem Proton und eines π - -Mesons an N. sind gleich, da die Systeme π + p und π - n den gleichen Isotopenspin haben ich= 3/2 und unterscheiden sich nur in den Werten der Projektion des Isotopenspins ich 3 (ich 3 = + 3 / 2 im ersten und ich 3 = - 3 / 2 im zweiten Fall), die Streuquerschnitte für K + an einem Proton und K ° an H sind gleich usw. Die Gültigkeit solcher Zusammenhänge wurde in einer Vielzahl von Experimenten an Hochenergiebeschleunigern experimentell verifiziert. [Angesichts des Fehlens von Targets, die aus N. bestehen, werden Daten über die Wechselwirkung verschiedener instabiler Teilchen mit N. hauptsächlich aus Experimenten zur Streuung dieser Teilchen durch das Deuteron (d), den einfachsten Kern, der N. enthält, gewonnen.]

Bei niedrigen Energien unterscheiden sich die tatsächlichen Wechselwirkungen von Neutronen und Protonen mit geladenen Teilchen und Atomkernen stark aufgrund des Vorhandenseins einer elektrischen Ladung auf dem Proton, was das Vorhandensein von weitreichenden Coulomb-Kräften zwischen dem Proton und anderen geladenen Teilchen bei solchen bestimmt Entfernungen, bei denen nukleare Kräfte kurzer Reichweite praktisch nicht vorhanden sind. Liegt die Stoßenergie eines Protons mit einem Proton oder einem Atomkern unterhalb der Höhe der Coulomb-Barriere (die für schwere Kerne etwa 15 mev), Protonenstreuung tritt hauptsächlich aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskräfte auf, die es den Teilchen nicht erlauben, sich bis zu Entfernungen in der Größenordnung des Wirkungsradius von Kernkräften zu nähern. Die fehlende elektrische Ladung von N. ermöglicht es ihm, in die Elektronenhüllen von Atomen einzudringen und sich Atomkernen ungehindert zu nähern. Genau dies bestimmt die einzigartige Fähigkeit von Neutronen relativ niedriger Energie, verschiedene Kernreaktionen zu induzieren, einschließlich der Spaltungsreaktion schwerer Kerne. Für Methoden und Ergebnisse von Studien zur Wechselwirkung von Neutronen mit Kernen siehe die Artikel Langsame Neutronen, Neutronenspektroskopie, Atomspaltungskerne , Streuung langsamer Neutronen an Protonen bei Energien bis 15 mev kugelsymmetrisch im System des Trägheitszentrums. Dies weist darauf hin, dass die Streuung durch die Wechselwirkung von n - p in einem Zustand relativer Bewegung mit dem Bahndrehimpuls bestimmt wird l= 0 (die sog S-Welle). Einstreuen S-Zustand ist ein spezifisch quantenmechanisches Phänomen, das kein Analogon in der klassischen Mechanik hat. Sie überwiegt die Streuung in anderen Zuständen, wenn die De-Broglie-Wellenlänge H.

in der Größenordnung von oder größer als der Aktionsradius nuklearer Kräfte ( ħ ist die Plancksche Konstante, v- N-Geschwindigkeit). Da bei einer Energie von 10 mev Wellenlänge N.

Dieses Merkmal der Neutronenstreuung an Protonen bei solchen Energien liefert direkt Informationen über die Größenordnung des Wirkungsradius von Kernkräften. Theoretische Überlegungen zeigen, dass die Streuung in S-Zustand hängt schwach von der detaillierten Form des Wechselwirkungspotentials ab und wird mit guter Genauigkeit durch zwei Parameter beschrieben: den effektiven Radius des Potentials R und die sogenannte Streulänge ein. Tatsächlich ist die Anzahl der Parameter zur Beschreibung der n-p-Streuung doppelt so groß, da das np-System in zwei Zuständen mit unterschiedlichen Werten des Gesamtspins vorliegen kann: J= 1 (Triplettzustand) und J= 0 (Singlet-Zustand). Die Erfahrung zeigt, dass die Längen der N.-Streuung an einem Proton und die effektiven Wechselwirkungsradien im Singulett- und Triplettzustand unterschiedlich sind, dh die Kernkräfte hängen vom Gesamtspin der Teilchen ab, außerdem folgt aus Experimenten, dass der gebundene Zustand des Systems np (Deuteriumkern) kann nur existieren, wenn der Gesamtspin 1 ist, während im Singulett-Zustand die Größe der Kernkräfte für die Bildung des gebundenen Zustands H. - Proton nicht ausreicht. Die Kernstreulänge im Singulettzustand, bestimmt aus Experimenten zur Streuung von Protonen an Protonen (zwei Protonen in S-Zustand, nach dem Pauli-Prinzip y , kann nur in einem Zustand mit Null-Gesamtspin sein) ist gleich der Streulänge n-p im Singulett-Zustand. Dies steht im Einklang mit der Isotopeninvarianz starker Wechselwirkungen. Das Fehlen eines gebundenen Systems np im Singulett-Zustand und die Isotopeninvarianz der Kernkräfte lassen den Schluss zu, dass es kein gebundenes System aus zwei Neutronen geben kann – das sogenannte Bineutron (ähnlich Protonen, zwei Neutronen in S-Zustände müssen einen Gesamtspin gleich Null haben). Direkte Experimente zur Streuung von nn wurden aufgrund des Fehlens von Neutronenzielen nicht durchgeführt, jedoch indirekte Daten (Eigenschaften von Kernen) und direktere - die Untersuchung der Reaktionen 3 H + 3 H → 4 He + 2n, π - + d → 2n + γ - stimmen mit der Isotopenhypothese-Invarianz der Kernkräfte und dem Fehlen eines Bineutrons überein. [Gäbe es ein Bineutron, dann würden bei diesen Reaktionen Peaks in der Energieverteilung von α-Teilchen (4He-Kerne) bzw. γ-Quanten bei wohldefinierten Energien beobachtet werden.] Obwohl die Kernwechselwirkung im Singulett-Zustand nicht stark genug ist, um ein Bineutron zu bilden, schließt dies die Möglichkeit der Bildung eines gebundenen Systems nicht aus, das nur aus einer großen Anzahl von Neutronenkernen besteht - Neutronenkernen. Dieses Problem erfordert weitere theoretische und experimentelle Untersuchungen. Versuche, experimentell Kerne mit drei oder vier Kernen sowie die Kerne 4 H, 5 H und 6 H zu entdecken, haben noch kein positives Ergebnis erbracht. Strukturen von Neutronen. Nach diesen Vorstellungen besteht eine starke Wechselwirkung zwischen Neutronen und anderen Hadronen ( B. das Proton) entsteht durch den Austausch virtueller Hadronen (siehe Virtuelle Teilchen) - π-Mesonen, ρ-Mesonen usw. Ein solches Wechselwirkungsmuster erklärt die Nahreichweite der Kernkräfte, deren Radius durch die Compton-Wellenlänge (siehe Compton-Wellenlänge) des leichtesten Hadrons - des π-Mesons ( gleich 1,4․10 -13 cm). Gleichzeitig weist es auf die Möglichkeit einer virtuellen Umwandlung von Neutronen in andere Hadronen hin, beispielsweise den Prozess der Emission und Absorption eines π-Mesons: n → p + π - → n. Die Intensität der aus Erfahrung bekannten starken Wechselwirkungen ist so groß, dass N. die meiste Zeit in solchen „dissoziierten“ Zuständen verbringen muss, quasi in einer „Wolke“ aus virtuellen π-Mesonen und anderen Hadronen. Dies führt zu einer räumlichen Verteilung der elektrischen Ladung und des magnetischen Moments innerhalb des N., dessen physikalische Dimensionen durch die Dimensionen der "Wolke" virtueller Teilchen bestimmt sind (siehe auch Formfaktor). Insbesondere erweist es sich als möglich, die oben erwähnte ungefähre betragsmäßige Gleichheit der anomalen magnetischen Momente von N. und Proton qualitativ zu interpretieren, wenn wir davon ausgehen, dass das magnetische Moment von N. durch die Orbitalbewegung geladener Teilchen erzeugt wird π - Mesonen, die virtuell im Prozess n → p + π - → n emittiert werden, und das anomale magnetische Moment des Protons - durch die Umlaufbewegung der virtuellen Wolke von π + -Mesonen, die durch den Prozess p → n + π + erzeugt werden → r.

Elektromagnetische Wechselwirkungen des Neutrons. Die elektromagnetischen Eigenschaften von N. werden durch das Vorhandensein eines magnetischen Moments darin sowie durch die Verteilung positiver und negativer Ladungen und Ströme bestimmt, die in N. vorhanden sind. Alle diese Merkmale sind, wie aus dem vorigen hervorgeht, mit der Teilnahme von N. an einer starken Wechselwirkung verbunden, die seine Struktur bestimmt. Das magnetische Moment von N. bestimmt das Verhalten von N. in äußeren elektromagnetischen Feldern: Aufspaltung des N.-Strahls in einem inhomogenen Magnetfeld, N.-Spinpräzession Die innere elektromagnetische Struktur von N. zeigt sich bei der Streuung hochenergetischer Elektronen von N. und in den Prozessen der Mesonproduktion auf N. - Quanten (Photoproduktion von Mesonen). Die elektromagnetischen Wechselwirkungen von Neutronen mit den Elektronenhüllen von Atomen und Atomkernen führen zu einer Reihe von Phänomenen, die für die Erforschung des Aufbaus von Materie wichtig sind. Die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit den magnetischen Momenten der Elektronenhüllen von Atomen manifestiert sich signifikant für N., dessen Wellenlänge in der Größenordnung von oder größer als atomare Dimensionen ist (Energie E ev) , und wird häufig verwendet, um die magnetische Struktur und elementare Anregungen (Spinwellen (siehe Spinwellen)) zu untersuchen. magnetisch geordnete Kristalle (siehe Neutronographie). Die Interferenz mit Kernstreuung ermöglicht es, Strahlen polarisierter langsamer Neutronen zu erhalten (siehe Polarisierte Neutronen) .

Die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit dem elektrischen Feld des Kerns bewirkt eine spezifische Streuung von N., die erstmals von dem amerikanischen Physiker Yu. Schwinger angedeutet und daher „Schwinger“ genannt wurde. Der Gesamtwirkungsquerschnitt für diese Streuung ist klein, aber bei kleinen Winkeln (Neutron 3°) wird er vergleichbar mit dem Wirkungsquerschnitt für Kernstreuung; N. gestreut in solchen Winkeln sind stark polarisiert.

Die Wechselwirkung von N. - Elektron (n-e), die nicht mit dem Eigen- oder Umlaufmoment des Elektrons verbunden ist, wird hauptsächlich auf die Wechselwirkung des magnetischen Moments von N. mit dem elektrischen Feld des Elektrons reduziert. Ein weiterer, scheinbar kleinerer Beitrag zur (n-e)-Wechselwirkung kann auf die Verteilung elektrischer Ladungen und Ströme innerhalb von H zurückzuführen sein. Obwohl die (n-e)-Wechselwirkung sehr gering ist, wurde sie in mehreren Experimenten beobachtet.

Schwache Neutronenwechselwirkung manifestiert sich in Prozessen wie dem Zerfall von N.:

und Myon-Neutrino (ν μ) durch Neutron: ν μ + n → p + μ - , nuklearer Einfang von Myonen: μ - + p → n + ν μ , Zerfälle fremder Teilchen (siehe Fremde Teilchen) , zum Beispiel Λ → π° + n usw.

Gravitationswechselwirkung eines Neutrons. N. ist das einzige Elementarteilchen mit einer Ruhemasse, für das eine gravitative Wechselwirkung direkt beobachtet wurde - die Krümmung der Flugbahn eines gut kollimierten Strahls aus kaltem N. im Feld der Erdschwere. Die gemessene Gravitationsbeschleunigung von N., innerhalb der Genauigkeit des Experiments mit der Gravitationsbeschleunigung makroskopischer Körper zusammenfällt.

Neutronen im Universum und im erdnahen Weltraum

Die Frage nach der Menge an Neutronen im Universum in den frühen Stadien seiner Expansion spielt eine wichtige Rolle in der Kosmologie. Nach dem Modell des heißen Universums (siehe Kosmologie) , ein erheblicher Teil des ursprünglich vorhandenen freien N. hat während der Expansion Zeit, sich zu zersetzen. Der Anteil an Neutronen, der von Protonen eingefangen wird, sollte schließlich zu ungefähr 30 % Gehalt an He-Kernen und 70 % Gehalt an Protonen führen. Die experimentelle Bestimmung der prozentualen Zusammensetzung von He im Universum ist einer der kritischen Tests des Modells des heißen Universums.

In der Hauptkomponente der kosmischen Strahlung (siehe Kosmische Strahlung) fehlen Neutrinos aufgrund ihrer Instabilität. Die Wechselwirkungen von Teilchen der kosmischen Strahlung mit den Kernen von Atomen in der Erdatmosphäre führen jedoch zur Erzeugung von Neutronen in der Atmosphäre. Die durch diese N. hervorgerufene Reaktion 14 N (n, p) 14 C ist die Hauptquelle des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14 C in der Atmosphäre, von wo aus es in lebende Organismen gelangt; Die Radiokohlenstoffmethode der Geochronologie basiert auf der Bestimmung des 14 C-Gehalts in organischen Überresten. Der Zerfall langsamer Neutronen, die aus der Atmosphäre in den erdnahen Weltraum diffundieren, ist eine der Hauptquellen von Elektronen, die das Innere des Strahlungsgürtels der Erde füllen.

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