Что можно сказать о массе нейтрона
Перейти к содержимому

Что можно сказать о массе нейтрона

Нейтрон

Нейтро́н (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов.

Содержание

Открытие

Открытие нейтрона (1932) принадлежит физику Дж. Чедвику, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году.

В 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что ядро не может, как считалось в то время, состоять из протонов и электронов, что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде, рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы. [3] [4]

В 1930 Вальтер Боте и Г. Бекер, работавшие в Германии, обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы, испускаемые полонием-210, попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это — гамма-излучение, но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом, образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и произвёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинского корня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 г. Д. Д. Иваненко [5] и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Основные характеристики

    (примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона; приведены рекомендованные значения CODATA 2010 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):
    • 939,565378(21) МэВ; [6]
    • 1,00866491600(43) а. е. м.; [7]
    • 1,674927351(74)·10 −27 кг; [8]
    • 1838,6836601(16) массы электрона[9] .

    Несмотря на нулевой электрический заряд, нейтрон не является истинно нейтральной частицей. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном.

    Строение и распад

    Считается надёжно установленным, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков: одного «верхнего» (u) и двух «нижних» (d) кварков (кварковая структура udd). Близость значений масс протона и нейтрона обусловлена свойством приближённой изотопической инвариантности: в протоне (кварковая структура uud) один d-кварк заменяется на u-кварк, но поскольку массы этих кварков очень близки, такая замена слабо сказывается на массе составной частицы.

    Поскольку нейтрон тяжелее протона, то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия. Однако, ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни, приблизительно равное 15 минутам, примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона — следующей за нейтроном метастабильной частице по времени жизни.

    Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном около 1,3 МэВ невелика по меркам ядерной физики. В результате, в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме, чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит распад протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона).

    Другие свойства

    Изоспины нейтрона и протона одинаковы (1/2), но их проекции противоположны по знаку. Проекция изоспина нейтрона по соглашению в физике элементарных частиц принимается равной −1/2, в ядерной физике +1/2 (поскольку в большинстве ядер нейтронов больше, чем протонов, это соглашение позволяет избегать отрицательных суммарных проекций изоспина).

    Нейтрон — единственная [источник не указан 574 дня] из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.

    При огромном давлении внутри нейтронной звезды нейтроны могут деформироваться вплоть до того, что приобретают форму куба [11] .

    Масса нейтрона

    Масса нейтрона

    Нейтрон (от лат. neuter – «ни тот, ни другой») – тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда.

    Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Фермион – частица или квазичастица с полуцелым значением спина (то есть равным (n + 1/2) ħ, где n – целое число, а ħ – постоянная Планка). Барионы (от греч. βαρύς – «тяжёлый») – семейство элементарных частиц – сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков.

    Нейтроны и протоны являются двумя главными компонентами атомных ядер; общее название для протонов и нейтронов – нуклоны.

    Масса нейтрона примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона .

    Масса нейтрона составляет:

    • 939,565 420 52(54) МэВ;
    • 1,008 664 915 95(49) а.е.м. ;
    • 1,674 927 498 04(95)⋅10 −27 кг;
    • 1838,683 661 73(89) массы электрона.

    Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

    Мировая экономика

    Справочники

    Востребованные технологии

    • Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (107 333)
    • Экономика Второй индустриализации России (103 849)
    • Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (30 992)
    • Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (30 535)
    • Метан, получение, свойства, химические реакции (27 706)
    • Крахмал, свойства, получение и применение (27 357)
    • Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (26 276)
    • Целлюлоза, свойства, получение и применение (26 002)
    • Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (24 693)
    • Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (24 632)

    Поиск технологий

    О чём данный сайт?

    Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

    Он включает в себя:
    – экономику Второй индустриализации России,
    – теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
    – организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
    – справочник прорывных технологий.

    Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

    Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

    О Второй индустриализации

    Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

    Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

    Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

    Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

    Что можно сказать о массе нейтрона

    Физика

    Электродинамика

    Магнитное поле

    Механические колебания

    Электромагнитные колебания

    Механические волны

    Электромагнитные волны

    Оптика

    Геометрическая оптика

    Задачи на сферическое зеркало

    Линза

    Волновая оптика

    Основы теории относительности

    Основы квантовой физики

    Излучения и спектры

    Световые кванты

    Атомная физика

    Ядерная физика

    Физика элементарных частиц

    Открытие позитрона. Античастицы

    Современная физическая картина мира

    Современная физическая картина мира

    Строение Вселенной

    Строение Вселенной

    Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

    Что такое нейтрон в физике: строение, свойства и использование

    Что такое нейтрон? Такой вопрос чаще всего возникает у людей, которые не занимаются ядерной физикой, ведь под нейтроном в ней понимают элементарную частицу, которая не имеет электрического заряда и обладает массой, превышающей электронную в 1838,4 раза. Вместе с протоном, масса которого немного меньше, чем масса нейтрона, он является «кирпичиком» атомного ядра. В физике элементарных частиц нейтрон и протон полагаются двумя разными формами одной частицы — нуклона.

    Строение нейтрона

    Строение нейтрона

    Нейтрон присутствует в составе ядер атомов для каждого химического элемента, исключение составляет лишь атом водорода, ядро которого представляет собой один протон. Что такое нейтрон, какое строение он имеет? Хотя он и называется элементарным «кирпичиком» ядра, но все же имеет свою внутреннюю структуру. В частности, он относится к семейству барионов и состоит из трех кварков, два из которых являются кварками нижнего типа, а один — верхнего. Все кварки имеют дробный электрический заряд: верхний заряжен положительно (+2/3 от заряда электрона), а нижний — отрицательно (-1/3 электронного заряда). Именно поэтому нейтрон не имеет электрического заряда, ведь он у составляющих его кварков просто компенсируется. Тем не менее, магнитный момент нейтрона не равен нулю.

    В составе нейтрона, определение которого было дано выше, каждый кварк соединен с остальными с помощью глюонового поля. Глюон является частицей, ответственной за образование ядерных сил.

    Помимо массы в килограммах и атомных единицах массы, в ядерной физике массу частицы описывают также в ГэВ (гигаэлектронвольтах). Это стало возможным после открытия Эйнштейном своего знаменитого уравнения E=mc 2 , которое связывает энергию с массой. Что такое нейтрон в ГэВ? Это величина 0,0009396, которая немного больше аналогичной для протона (0,0009383).

    Стабильность нейтрона и ядер атомов

    Строение атома

    Присутствие нейтронов в атомных ядрах очень важно для их стабильности и возможности существования самой атомной структуры и вещества в целом. Дело в том, что протоны, которые также составляют атомное ядро, имеют положительный заряд. И сближение их на близкие расстояния требует затрат огромных энергий ввиду кулоновского электрического отталкивания. Ядерные же силы, действующие между нейтронами и протонами на 2-3 порядка сильнее кулоновских. Поэтому они способны удерживать положительно заряженные частицы на близких расстояниях. Ядерные взаимодействия являются короткодействующими и проявляют себя только в пределах размеров ядра.

    Формулу нейтронов используют для нахождения их количества в ядре. Она выглядит так: количество нейтронов = атомная масса элемента — атомный номер в таблице Менделеева.

    Свободный нейтрон — это частица нестабильная. Среднее время его жизни составляет 15 минут, после чего он распадается три частицы:

    • электрон;
    • протон;
    • антинейтрино.

    Предпосылки открытия нейтрона

    Теоретическое существование нейтрона в физике было предложено еще в 1920 году Эрнестом Резерфордом, который пытался таким образом объяснить, почему атомные ядра не разваливаются из-за электромагнитного отталкивания протонов.

    Еще раньше, в 1909 году в Германии, Боте и Беккер установили, что если альфа-частицами больших энергий от полония облучать легкие элементы, например, бериллий, бор или литий, то образуется излучение, которое проходит через любую толщину различных материалов. Они предположили, что это излучение гамма, однако ни одно подобное излучение, известное на тот момент, не обладало такой большой проникающей способностью. Эксперименты Боте и Беккера не были интерпретированы должным образом.

    Открытие нейтрона

    Джеймс Чедвик

    Существование нейтрона было обнаружено английским физиком Джеймсом Чедвиком в 1932 году. Он изучал радиоактивное излучение бериллия, провел серию экспериментов, получив результаты, которые не совпадали с теми, что предсказывали физические формулы: энергия радиоактивного излучения намного превосходила теоретические значения, также нарушался закон сохранения импульса. Поэтому необходимо было принять одну из гипотез:

  1. Либо момент импульса не сохраняется при ядерных процессах.
  2. Либо радиоактивное излучение состоит из частиц.

Первое предположение ученый отбросил, поскольку оно противоречит фундаментальным физическим законам, поэтому принял вторую гипотезу. Чедвик показал, что радиационное излучение в его экспериментах образовано частицами с нулевым зарядом, которые обладают сильной проникающей способностью. Кроме того, он смог измерить массу этих частиц, установив, что она немного больше таковой для протона.

Медленные и быстрые нейтроны

В зависимости от энергии, которой обладает нейтрон, он называется медленным (порядка 0,01 МэВ) или быстрым (порядка 1 МэВ). Такая классификация важна, поскольку от скорости нейтрона зависят некоторые его свойства. В частности, быстрые нейтроны хорошо захватываются ядрами, приводя к образованию их изотопов, и вызывая их деление. Медленные же нейтроны плохо захватываются ядрами практически всех материалов, поэтому они могут беспрепятственно проходить сквозь толстые слои вещества.

Роль нейтрона в делении ядра урана

Деление ядра урана

Если задаваться вопросом, что такое нейтрон в ядерной энергетике, то можно с уверенностью сказать, что это средство индуцирования процесса деления ядра урана, сопровождаемое выделением большой энергии. Во время этой реакции деления также порождаются нейтроны различных скоростей. В свою очередь образованные нейтроны индуцируют распад других ядер урана, и реакция протекает цепным образом.

Взрыв нетронной бомбы

Если реакция деления урана будет неконтролируемой, то это приведет к взрыву реакционного объема. Данный эффект используется в ядерных бомбах. Контролируемая реакция деления урана является источником энергии в ядерных электростанциях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.