Le neutron est une particule neutre appartenant à la classe des hadrons. Découvert en 1932 par le physicien anglais J. Chadwick. Avec les protons, les neutrons font partie des noyaux atomiques. Charge électrique d'un neutron égal à zéro. Ceci est confirmé par des mesures directes de la charge provenant de la déviation d'un faisceau de neutrons dans des conditions fortes. champs électriques, qui montrait que (voici la charge électrique élémentaire, soit valeur absolue charge électronique). Les données indirectes fournissent une estimation. Le spin du neutron est de 1/2. En tant que hadron à spin demi-entier, il appartient au groupe des baryons (voir Proton). Chaque baryon possède une antiparticule ; L'antineutron a été découvert en 1956 lors d'expériences sur la diffusion d'antiprotons par les noyaux. Un antineutron diffère d'un neutron par le signe de sa charge baryonique ; Le neutron, comme le proton, a une charge baryonique égale à .

Comme le proton et les autres hadrons, le neutron n'est pas une véritable particule élémentaire : il est constitué d'un quark m chargé électriquement et de deux quarks chargés, interconnectés par le champ de gluons (voir Particules élémentaires, Quarks, Interactions fortes ).

Les neutrons ne sont stables que dans les noyaux atomiques stables. Un neutron libre est une particule instable qui se désintègre en un proton, un électron et un antineutrino électronique (voir Désintégration bêta) : . La durée de vie des neutrons est de s, soit environ 15 minutes. Dans la matière, les neutrons existent encore moins sous forme libre en raison de leur forte absorption par les noyaux. Par conséquent, ils se produisent dans la nature ou sont produits en laboratoire uniquement à la suite de réactions nucléaires.

Par bilan énergétique Pour diverses réactions nucléaires, la différence entre les masses d'un neutron et d'un proton est déterminée : MeV. En la comparant avec la masse du proton, on obtient la masse du neutron : MeV ; cela correspond à g, ou , où est la masse de l'électron.

Le neutron intervient dans tous les types interactions fondamentales(voir Unité des forces de la nature). De fortes interactions lient les neutrons et les protons dans les noyaux atomiques. Un exemple d’interaction faible – la désintégration bêta des neutrons – a déjà été envisagé ici. Cette particule neutre participe-t-elle aux interactions électromagnétiques ? Le neutron a une structure interne dans laquelle, avec une neutralité générale, il y a courants électriques, conduisant notamment à l'apparition d'un moment magnétique dans le neutron. Autrement dit, dans un champ magnétique, un neutron se comporte comme l’aiguille d’une boussole.

Ce n’est qu’un exemple de son interaction électromagnétique.

La recherche du moment dipolaire électrique du neutron a suscité un grand intérêt, pour laquelle une limite supérieure a été obtenue : . Ici, les expériences les plus efficaces ont été réalisées par des scientifiques de l'Institut de physique nucléaire de Léningrad de l'Académie des sciences de l'URSS. Les recherches du moment dipolaire du neutron sont importantes pour comprendre les mécanismes de violation de l'invariance lors de l'inversion du temps dans les microprocessus (voir Parité).

Les interactions gravitationnelles des neutrons ont été observées directement à partir de leur incidence dans le champ gravitationnel terrestre.

Une classification conventionnelle des neutrons selon leur énergie cinétique a désormais été adoptée : neutrons lents (eV, il en existe de nombreuses variétés), neutrons rapides (eV), neutrons de haute énergie (eV). Les neutrons très lents (eV), appelés neutrons ultra-froids, possèdent des propriétés très intéressantes. Il s’est avéré que les neutrons ultra-froids peuvent s’accumuler dans des « pièges magnétiques » et que leurs spins peuvent même y être orientés dans une certaine direction. Grâce à des champs magnétiques d'une configuration spéciale, les neutrons ultrafroids sont isolés des parois absorbantes et peuvent « vivre » dans le piège jusqu'à leur désintégration. Cela permet de nombreuses expériences subtiles pour étudier les propriétés des neutrons.

Une autre méthode de stockage des neutrons ultrafroids repose sur leurs propriétés ondulatoires. A basse énergie, la longueur d'onde de de Broglie (voir. Mécanique quantique) est si grande que les neutrons sont réfléchis par les noyaux de la matière, tout comme la lumière est réfléchie par un miroir. Ces neutrons peuvent simplement être stockés dans un « pot » fermé. Cette idée a été proposée par le physicien soviétique Ya. B. Zeldovich à la fin des années 1950, et les premiers résultats ont été obtenus à Doubna, à l'Institut commun de recherche nucléaire, près d'une décennie plus tard. Récemment, des scientifiques soviétiques ont réussi à construire un vaisseau dans lequel vivent des neutrons ultra-froids jusqu'à leur désintégration naturelle.

Les neutrons libres sont capables d'interagir activement avec les noyaux atomiques, provoquant des réactions nucléaires. Grâce à l'interaction des neutrons lents avec la matière, on peut observer effets de résonance, diffusion par diffraction dans les cristaux, etc. En raison de ces propriétés, les neutrons sont largement utilisés en physique nucléaire et en physique du solide. Ils jouent un rôle important dans l'énergie nucléaire, dans la production d'éléments transuraniens et Isotopes radioactifs, trouver utilisation pratique en analyse chimique et en exploration géologique.

NEUTRON
Neutron

Neutron– une particule neutre appartenant à la classe des baryons. Avec un proton, un neutron se forme noyaux atomiques. Masse du neutron m n = 938,57 MeV/s 2 ≈ 1,675·10 -24 g. Le neutron, comme le proton, a un spin de 1/2ћ et est un fermion.. Il a et moment magnétiqueμ n = - 1,91μ N, où μ N = e ћ /2m р с – magnéton nucléaire (m р – masse du proton, le système d'unités gaussien est utilisé). La taille d'un neutron est d'environ 10 à 13 cm et se compose de trois quarks : un quark u et deux quarks d, c'est-à-dire sa structure en quark est udd.
Le neutron, étant un baryon, possède un numéro de baryon B = +1. Le neutron est instable à l’état libre. Comme il est légèrement plus lourd que le proton (de 0,14 %), il subit une désintégration avec formation d'un proton à l'état final. Dans ce cas, la loi de conservation du nombre de baryons n'est pas violée, puisque le nombre de baryons du proton est également +1. À la suite de cette désintégration, l’électron e et l’électron antineutrino e sont également produits. La décomposition se produit en raison d’une faible interaction.

Schéma de désintégration n → p + e - + e.

La durée de vie d'un neutron libre est τ n ≈ 890 sec. Dans le noyau atomique, un neutron peut être aussi stable qu’un proton.
Le neutron, étant un hadron, participe à l'interaction forte.
Le neutron a été découvert en 1932 par J. Chadwick.

Qu'est-ce qu'un neutron ? Cette question se pose le plus souvent chez les personnes qui ne s'intéressent pas à la physique nucléaire, car un neutron qu'il contient est compris comme une particule élémentaire qui n'a pas charge électrique et a une masse dépassant la masse des électrons de 1838,4 fois. Avec le proton, dont la masse est légèrement inférieure à celle du neutron, il constitue la « pierre angulaire » du noyau atomique. En physique des particules, le neutron et le proton sont considérés comme deux formes différentes d’une même particule, le nucléon.

Le neutron est présent dans la composition des noyaux des atomes pour chacun élément chimique, la seule exception est l'atome d'hydrogène, dont le noyau est un proton. Qu'est-ce qu'un neutron, quelle est sa structure ? Bien qu’on l’appelle la « brique » élémentaire du noyau, elle possède néanmoins sa propre structure interne. En particulier, il appartient à la famille des baryons et se compose de trois quarks, dont deux quarks down et un quark up. Tous les quarks ont une charge électrique fractionnaire : celui du haut est chargé positivement (+2/3 de la charge électronique) et celui du bas est chargé négativement (-1/3 de la charge électronique). C'est pourquoi le neutron n'a pas de charge électrique, car elle est simplement compensée par les quarks qui le composent. Cependant, le moment magnétique du neutron n’est pas nul.

Dans la composition du neutron dont la définition a été donnée plus haut, chaque quark est relié aux autres via un champ de gluons. Le gluon est la particule responsable de la formation des forces nucléaires.

En plus de la masse en kilogrammes et en unités de masse atomique, en physique nucléaire, la masse d'une particule est également décrite en GeV (gigaélectronvolts). Cela est devenu possible après qu'Einstein ait découvert sa célèbre équation E=mc 2, qui relie l'énergie à la masse. Qu'est-ce qu'un neutron en GeV ? Cette valeur est de 0,0009396, ce qui est légèrement supérieur à celle du proton (0,0009383).

Stabilité des noyaux neutroniques et atomiques

La présence de neutrons dans les noyaux atomiques est très importante pour leur stabilité et la possibilité de l'existence de la structure atomique elle-même et de la matière dans son ensemble. Le fait est que les protons, qui constituent également le noyau atomique, ont une charge positive. Et les rapprocher à courte distance nécessite une dépense d’énergie énorme due à la répulsion électrique coulombienne. Les forces nucléaires agissant entre les neutrons et les protons sont 2 à 3 fois plus puissantes que les forces coulombiennes. Ils sont donc capables de retenir des particules chargées positivement à des distances rapprochées. Les interactions nucléaires sont à courte portée et ne se manifestent que dans la taille du noyau.

La formule des neutrons est utilisée pour trouver leur nombre dans le noyau. Cela ressemble à ceci : nombre de neutrons = masse atomique de l'élément - numéro atomique dans le tableau périodique.

Un neutron libre est une particule instable. Sa durée de vie moyenne est de 15 minutes, après quoi il se désintègre en trois particules :

• électron;
• proton;
• antineutrino.

Conditions préalables à la découverte du neutron

L'existence théorique du neutron en physique a été proposée en 1920 par Ernest Rutherford, qui tentait ainsi d'expliquer pourquoi les noyaux atomiques ne se désagrègent pas en raison de la répulsion électromagnétique des protons.

Encore plus tôt, en 1909, en Allemagne, Bothe et Becker ont établi que si des éléments légers, par exemple le béryllium, le bore ou le lithium, sont irradiés avec des particules alpha à haute énergie provenant du polonium, un rayonnement se forme alors qui traverse n'importe quelle épaisseur de divers matériaux. Ils ont supposé qu’il s’agissait d’un rayonnement gamma, mais aucun rayonnement de ce type connu à l’époque n’avait un tel pouvoir de pénétration. Les expériences de Bothe et Becker n'ont pas été correctement interprétées.

Découverte du neutron

L'existence du neutron a été découverte par le physicien anglais James Chadwick en 1932. Il a étudié rayonnement radioactif le béryllium, a mené une série d'expériences, obtenant des résultats qui ne coïncidaient pas avec ceux prédits par les formules physiques : l'énergie du rayonnement radioactif dépassait de loin les valeurs théoriques, et la loi de conservation de l'impulsion a également été violée. Il fallait donc accepter l’une des hypothèses :

1. Ou bien le moment cinétique n'est pas conservé pendant les processus nucléaires.
2. Ou le rayonnement radioactif est constitué de particules.

Le scientifique a rejeté la première hypothèse, car elle contredit les lois physiques fondamentales, et a donc accepté la deuxième hypothèse. Chadwick a montré que radiation dans ses expériences, il est formé de particules de charge nulle, qui ont une forte capacité de pénétration. De plus, il a pu mesurer la masse de ces particules, établissant qu’elle était légèrement supérieure à celle du proton.

Neutrons lents et rapides

Selon l'énergie dont dispose un neutron, il est dit lent (environ 0,01 MeV) ou rapide (environ 1 MeV). Cette classification est importante car certaines de ses propriétés dépendent de la vitesse du neutron. En particulier, les neutrons rapides sont bien captés par les noyaux, conduisant à la formation de leurs isotopes et provoquant leur fission. Les neutrons lents sont mal captés par les noyaux de presque tous les matériaux et peuvent donc traverser sans entrave d'épaisses couches de matière.

Le rôle du neutron dans la fission du noyau d'uranium

Si vous vous demandez ce qu'est un neutron dans l'énergie nucléaire, alors nous pouvons affirmer avec certitude qu'il s'agit d'un moyen d'induire le processus de fission du noyau d'uranium, accompagné de la libération d'une grande énergie. Cette réaction de fission produit également des neutrons. différentes vitesses. À leur tour, les neutrons générés provoquent la désintégration d’autres noyaux d’uranium et la réaction se déroule en chaîne.

Si la réaction de fission de l'uranium n'est pas contrôlée, elle entraînera une explosion du volume réactionnel. Cet effet est utilisé dans les bombes nucléaires. La réaction de fission contrôlée de l'uranium est la source d'énergie des centrales nucléaires.

Qu'est-ce qu'un neutron en physique. Sa structure, ainsi que son rôle important dans la stabilité du noyau atomique. Histoire de la découverte du neutron. Propriétés des neutrons rapides et lents...

Qu'est-ce qu'un neutron en physique : structure, propriétés et utilisation

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Qu'est-ce qu'un neutron ? Cette question se pose le plus souvent chez les personnes qui ne s'intéressent pas à la physique nucléaire, car un neutron en physique nucléaire est compris comme une particule élémentaire qui n'a pas de charge électrique et qui a une masse 1838,4 fois supérieure à celle d'un électron. Avec le proton, dont la masse est légèrement inférieure à celle du neutron, il constitue la « pierre angulaire » du noyau atomique. En physique des particules, le neutron et le proton sont considérés comme deux formes différentes d’une même particule, le nucléon.

Structure neutronique

Le neutron est présent dans les noyaux atomiques de chaque élément chimique, à la seule exception de l’atome d’hydrogène, dont le noyau est un proton. Qu'est-ce qu'un neutron, quelle est sa structure ? Bien qu’on l’appelle la « pierre angulaire » élémentaire du noyau, il possède néanmoins sa propre structure interne. En particulier, il appartient à la famille des baryons et se compose de trois quarks, dont deux quarks down et un quark up. Tous les quarks ont une charge électrique fractionnaire : celui du haut est chargé positivement (+2/3 de la charge électronique) et celui du bas est chargé négativement (-1/3 de la charge électronique). C'est pourquoi le neutron n'a pas de charge électrique, car elle est simplement compensée par les quarks qui le composent. Cependant, le moment magnétique du neutron n’est pas nul.

Dans la composition du neutron dont la définition a été donnée plus haut, chaque quark est relié aux autres via un champ de gluons. Le gluon est la particule responsable de la formation des forces nucléaires.

En plus de la masse en kilogrammes et en unités de masse atomique, en physique nucléaire, la masse d'une particule est également décrite en GeV (gigaélectronvolts). Cela est devenu possible après qu'Einstein ait découvert sa célèbre équation E=mc2, qui relie l'énergie à la masse. Qu'est-ce qu'un neutron en GeV ? Cette valeur est de 0,0009396, ce qui est légèrement supérieur à celle du proton (0,0009383).

Stabilité des noyaux neutroniques et atomiques

La présence de neutrons dans les noyaux atomiques est très importante pour leur stabilité et la possibilité de l'existence de la structure atomique elle-même et de la matière dans son ensemble. Le fait est que les protons, qui constituent également le noyau atomique, ont une charge positive. Et les rapprocher à courte distance nécessite une dépense d’énergie énorme due à la répulsion électrique coulombienne. Les forces nucléaires agissant entre les neutrons et les protons sont 2 à 3 fois plus puissantes que les forces coulombiennes. Ils sont donc capables de retenir des particules chargées positivement à des distances rapprochées. Les interactions nucléaires sont à courte portée et ne se manifestent que dans la taille du noyau.

La formule des neutrons est utilisée pour trouver leur nombre dans le noyau. Cela ressemble à ceci : nombre de neutrons = masse atomique de l'élément - numéro atomique dans le tableau périodique.

Un neutron libre est une particule instable. Sa durée de vie moyenne est de 15 minutes, après quoi il se désintègre en trois particules :

• électron;
• proton;
• antineutrino.

Conditions préalables à la découverte du neutron

L'existence théorique du neutron en physique a été proposée en 1920 par Ernest Rutherford, qui tentait ainsi d'expliquer pourquoi les noyaux atomiques ne se désagrègent pas en raison de la répulsion électromagnétique des protons.

Encore plus tôt, en 1909, en Allemagne, Bothe et Becker ont établi que si des éléments légers, par exemple le béryllium, le bore ou le lithium, sont irradiés avec des particules alpha à haute énergie provenant du polonium, un rayonnement se forme alors qui traverse n'importe quelle épaisseur de divers matériaux. Ils ont supposé qu’il s’agissait d’un rayonnement gamma, mais aucun rayonnement de ce type connu à l’époque n’avait un tel pouvoir de pénétration. Les expériences de Bothe et Becker n'ont pas été correctement interprétées.

Découverte du neutron

L'existence du neutron a été découverte par le physicien anglais James Chadwick en 1932. Il étudia le rayonnement radioactif du béryllium, mena une série d'expériences et obtint des résultats qui ne coïncidaient pas avec ceux prédits par les formules physiques : l'énergie du rayonnement radioactif dépassait de loin les valeurs théoriques et la loi de conservation de l'impulsion était également violée. Il fallait donc accepter l’une des hypothèses :

1. Ou bien le moment cinétique n'est pas conservé pendant les processus nucléaires.
2. Ou le rayonnement radioactif est constitué de particules.

Le scientifique a rejeté la première hypothèse, car elle contredit les lois physiques fondamentales, et a donc accepté la deuxième hypothèse. Chadwick a montré que le rayonnement dans ses expériences est formé de particules de charge nulle, qui ont une forte capacité de pénétration. De plus, il a pu mesurer la masse de ces particules, établissant qu’elle était légèrement supérieure à celle du proton.

Neutrons lents et rapides

Selon l'énergie dont dispose un neutron, il est dit lent (environ 0,01 MeV) ou rapide (environ 1 MeV). Cette classification est importante car certaines de ses propriétés dépendent de la vitesse du neutron. En particulier, les neutrons rapides sont bien captés par les noyaux, conduisant à la formation de leurs isotopes et provoquant leur fission. Les neutrons lents sont mal captés par les noyaux de presque tous les matériaux et peuvent donc traverser sans entrave d'épaisses couches de matière.

Le rôle du neutron dans la fission du noyau d'uranium

Si vous vous demandez ce qu'est un neutron dans l'énergie nucléaire, alors nous pouvons affirmer avec certitude qu'il s'agit d'un moyen d'induire le processus de fission du noyau d'uranium, accompagné de la libération d'une grande énergie. Au cours de cette réaction de fission, des neutrons de vitesses variables sont également produits. À leur tour, les neutrons générés provoquent la désintégration d’autres noyaux d’uranium et la réaction se déroule en chaîne.

Si la réaction de fission de l'uranium n'est pas contrôlée, elle entraînera une explosion du volume réactionnel. Cet effet est utilisé dans les bombes nucléaires. La réaction de fission contrôlée de l'uranium est la source d'énergie des centrales nucléaires.

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