Neutron
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 La structure des quarks du neutron. | |
| Composition | un, deux vers le bas |
|---|---|
| Statistiques | Fermion |
| Interactions | Gravity , ??lectromagn??tique , Faible, Fort |
| Symbole | n |
| Antiparticule | Antineutron |
| D??couvert | James Chadwick (1932) |
| Masse | 1,674 927 29 (28) ?? 10 -27 kg 939,565 560 (81) MeV / c ?? 1.008665 u |
| Charge ??lectrique | 0 C |
| Tourner | ?? |
En physique , le neutron est un particule subatomique sans filet charge ??lectrique et un masse de 939,573 MeV / c ?? ou 1,008 664 915 (78) u (1,6749 x 10 -27 kg, un peu plus d'un proton ). Son spin est ??. Son antiparticule est appel?? antineutron. Le neutron, avec le proton , est un nucl??on.
Les noyaux de tous les atomes sont constitu??s de protons et les neutrons, ?? l'exception du l??ger isotope de l'hydrog??ne qui ne poss??de qu'un seul proton. Le nombre de protons d??finit le type d'??l??ment l'atome. Le nombre de neutrons d??termine l' isotope d'un ??l??ment, par cons??quent, sont des atomes isotopes d'un m??me ??l??ment (c. nombre atomique ) mais diff??rant masses atomiques en raison d'un nombre diff??rent de neutrons. Par exemple, le isotope carbone 12 poss??de 6 protons et 6 neutrons, tandis que le isotope carbone 14 poss??de 6 protons et 8 neutrons.
Un neutron se compose de deux bas quarks et une place quark . Comme il dispose de trois quarks, il est class?? comme un baryon.
la stabilit?? de neutrons et de la d??sint??gration b??ta
En dehors du noyau, neutrons libres sont instables et ont une dur??e de vie de 885,7 ?? 0,8 secondes (environ 15 minutes) signifie, en d??composition par ??mission d'un n??gatif ??lectrons et antineutrino de devenir un proton: 
. Ce mode de d??croissance, connu sous le nom d??sint??gration b??ta, peut ??galement transformer le caract??re de neutrons dans les noyaux instables.
A l'int??rieur d'un noyau li??, protons peuvent ??galement transformer par d??sint??gration b??ta en neutrons. Dans ce cas, la transformation peut se produire par l'??mission d'un positron (anti??lectron) et neutrino (au lieu d'un antineutrino): 
. La transformation d'un proton ?? un neutron d'un noyau int??rieur est ??galement possible par capture d'??lectrons: 
. Positron par capture de neutrons dans les noyaux qui contiennent un exc??s de neutrons est ??galement possible, mais est entrav??e en raison du fait positrons sont repouss??s par le noyau, et en outre, rapidement an??antir quand ils rencontrent des ??lectrons n??gatifs.
Lorsqu'il est li?? ?? l'int??rieur d'un noyau, l'instabilit?? d'un seul neutron d??sint??gration b??ta est ??quilibr??e contre l'instabilit?? qui serait acquis par le noyau dans son ensemble si un proton suppl??mentaire devait participer ?? des interactions r??pulsives avec les autres protons qui sont d??j?? pr??sents dans le noyau. En tant que tel, bien neutrons libres sont instables, neutrons li??s ne sont pas n??cessairement le cas. Le m??me raisonnement explique pourquoi protons, qui sont stables dans l'espace vide, peuvent se transformer en neutrons lorsqu'il est li?? ?? l'int??rieur d'un noyau.
D??sint??gration b??ta et capture d'??lectrons sont des types de d??sint??gration radioactive et sont tous deux r??gis par la interaction faible.
Interactions
Le neutron interagit ?? travers les quatre interactions fondamentales: l' ??lectromagn??tique , nucl??aire faible, nucl??aire forte et gravitationnelles interactions.
Bien que le neutron n'a aucune charge nette, il peut interagir ??lectromagn??tique de deux fa??ons: d'abord, le neutron poss??de un moment magn??tique du m??me ordre que le proton (voir neutron moment magn??tique); seconde, elle est compos??e de charg??s ??lectriquement quarks . Ainsi, l'interaction ??lectromagn??tique est d'abord important de neutrons dans le diffusion in??lastique profonde et magn??tiques interactions.
Le neutron ??prouve l'interaction faible par d??sint??gration b??ta en un proton, ??lectrons et antineutrino ??lectronique. Il ??prouve la force gravitationnelle comme le fait ne importe quel corps ??nerg??tique; Toutefois, la gravit?? est si faible qu'il ne peut ??tre n??glig?? dans la physique des particules exp??riences.
La force la plus importante ?? neutrons est l'interaction forte. Cette interaction est responsable de la liaison de trois neutrons du quark dans une seule particule. Le forte force r??siduelle est responsable de la liaison de neutrons et de protons ensemble dans les noyaux . Cette force nucl??aire joue le r??le de premier plan lorsque neutrons traversent la mati??re. Contrairement aux particules ou photons charg??s, le neutron ne peut pas perdre de l'??nergie par atomes ionisantes. Plut??t, le neutron va sur son chemin librement jusqu'?? ce qu'il fait une collision frontale avec un noyau atomique. Pour cette raison, rayonnement neutronique est tr??s p??n??trant.
D??tection
Les moyens communs de d??tection d'une charge particules par la recherche d'une piste d'ionisation (par exemple dans un chambre nuage) ne fonctionne pas pour les neutrons directement. Les neutrons qui dispersent ??lastique hors atomes peuvent cr??er une piste d'ionisation qui est d??tectable, mais les exp??riences ne sont pas aussi simples ?? r??aliser; d'autres moyens de d??tection de neutrons, consistant en leur permettant d'interagir avec des noyaux atomiques, sont plus couramment utilis??s.
Une m??thode courante pour la d??tection de neutrons consiste ?? convertir l'??nergie lib??r??e ?? partir de telles r??actions en signaux ??lectriques. Les nucl??ides 3 He, 6 Li, 10 B, 233 U, 235 U, 237 Np et 239 Pu sont utiles ?? cet effet. Une bonne discussion sur la d??tection de neutrons se trouve au chapitre 14 du livre de d??tection des radiations et ??valuation par Glenn F. Knoll (John Wiley & Sons, 1979).
Utilisations
Le neutron joue un r??le important dans beaucoup de r??actions nucl??aires. Par exemple, la capture de neutrons se traduit souvent par activation neutronique, induisant la radioactivit??. En particulier, la connaissance de neutrons et leur comportement a ??t?? important dans le d??veloppement de r??acteurs nucl??aires et les armes nucl??aires .
Froide, thermique et chaude rayonnement neutronique est couramment employ?? dans installations de diffusion de neutrons, o?? le rayonnement est utilis?? d'une mani??re similaire une utilisation rayons X pour l'analyse de la mati??re condens??e . Les neutrons sont compl??mentaires ?? celui-ci en termes de contrastes atomiques par diff??rents diffusion des sections transversales; sensibilit?? au magn??tisme; gamme d'??nergie pour la spectroscopie de neutrons in??lastique; et p??n??tration profonde dans la mati??re.
Le d??veloppement de "lentilles de neutrons" bas?? sur la r??flexion interne totale dans des tubes capillaires de verre creuses ou par r??flexion ?? partir de plaques d'aluminium fossettes a conduit la recherche en cours sur la microscopie de neutrons et de neutrons / gamma tomographie par rayons.
Une utilisation des ??metteurs de neutrons est la d??tection des noyaux l??gers, en particulier l'hydrog??ne trouv?? dans l'eau des mol??cules. Lorsqu'un neutron rapide entre en collision avec un noyau l??ger, il perd une grande partie de son ??nergie. En mesurant la vitesse ?? laquelle les neutrons lents revenir ?? la sonde apr??s refl??tant sur des noyaux d'hydrog??ne, un sonde ?? neutrons peut d??terminer la teneur en eau dans le sol.
D??couverte
En 1930 Walther Bothe et H. Becker en Allemagne ont constat?? que si la tr??s ??nergique les particules alpha ??mis par le polonium tomb??es sur certains ??l??ments l??gers, notamment le b??ryllium , le bore ou de lithium , un rayonnement de p??n??tration exceptionnellement a ??t?? produit. Au d??but, ce rayonnement a ??t?? pens?? pour ??tre un rayonnement gamma, m??me si ce ??tait plus p??n??trant que des rayons gamma connus, et les d??tails de r??sultats exp??rimentaux ??taient tr??s difficiles ?? interpr??ter sur cette base. La prochaine contribution importante a ??t?? signal??e dans 1932 par Ir??ne Joliot-Curie et Fr??d??ric Joliot ?? Paris . Ils ont montr?? que si ce rayonnement inconnu tomb?? sur paraffine ou tout autre hydrog??ne compos?? -d'une il ??ject??s protons de tr??s haute ??nergie. Ce ne ??tait pas en soi incompatible avec la nature de rayons gamma suppos?? du nouveau rayonnement, mais l'analyse quantitative d??taill??e des donn??es est devenu de plus en plus difficile ?? concilier avec une telle hypoth??se. Enfin, en 1932 le physicien James Chadwick en Angleterre a effectu?? une s??rie d'exp??riences montrant que l'hypoth??se de rayons gamma ??tait intenable. Il a sugg??r?? que, en fait, le nouveau rayonnement compos??e de particules non charg??es d'environ la masse du proton , et il a effectu?? une s??rie d'exp??riences v??rifiant sa suggestion. Ces particules non charg??es ont finalement ??t?? appel??s neutrons, apparemment de la latine racine de neutre et le grec terminaison -on (par imitation des ??lectrons et protons ).
Anti-neutrons
Le antineutron est le antiparticule du neutron. Il a ??t?? d??couvert par Bruce Cork dans l'ann??e 1956 , un an apr??s le antiproton a ??t?? d??couvert.
CPT-sym??trie impose des contraintes fortes sur les propri??t??s relatives des particules et donc antiparticules, et est ouvert ?? des tests rigoureux. La diff??rence fractionnaire dans les masses du neutron et est antineutron (9 ?? 5) ?? 10 -5. Puisque la diff??rence est seulement d'environ deux ??carts-types loin de z??ro, cela ne donne aucune preuve convaincante de CPT-violation.
Les d??veloppements actuels
Moment dipolaire ??lectrique
Une exp??rience ?? la Institut Laue-Langevin a tent?? de mesurer un dip??le ??lectrique, ou la s??paration des charges, dans le neutron, et est compatible avec une le moment dipolaire ??lectrique de z??ro. Ces r??sultats sont importants dans le d??veloppement de th??ories qui vont au-del?? du mod??le standard , mais sont incompatibles avec elle en raison de l'absence d'explication des interactions fondamentales.
Tetraneutrons
L'existence de groupes stables de quatre neutrons, ou tetraneutrons, a ??t?? ??mise par une ??quipe dirig??e par Francisco-Miguel Marqu??s au Laboratoire CNRS de physique nucl??aire bas??e sur des observations de la d??sint??gration de b??ryllium-14 noyaux. Ceci est particuli??rement int??ressant, parce que la th??orie actuelle sugg??re que ces groupes ne devraient pas ??tre stable.
Protection
L'exposition aux neutrons peut ??tre dangereux, ??tant donn?? que l'interaction des neutrons avec des mol??cules dans le corps peut provoquer des perturbations ?? des mol??cules et des atomes , et peut ??galement provoquer des r??actions qui donnent naissance ?? d'autres formes de rayonnement (tels que des protons). Les pr??cautions habituelles de la radioprotection se appliquent: ??viter l'exposition, rester aussi loin de la source que possible, et de garder le temps d'exposition ?? un minimum. Certains pens??e particuli??re doit cependant ??tre accord??e ?? la fa??on de prot??ger de l'exposition de neutrons,. Pour les autres types de rayonnements, par exemple les particules alpha, particules b??ta, ou des rayons gamma, mat??riau de num??ro atomique ??lev?? et ?? haute densit?? pour faire un bon blindage; souvent conduire est utilis??. Cependant, cette approche ne fonctionnera pas avec des neutrons, car l'absorption de neutrons ne augmente pas carr??ment de num??ro atomique, comme il le fait avec l'alpha, b??ta, et gamma. Au lieu de cela on a besoin de regarder les interactions particuli??res ont neutrons avec la mati??re (voir la section sur la d??tection ci-dessus). Par exemple, hydrog??ne mat??riaux riches sont souvent utilis??s pour prot??ger contre les neutrons, puisque l'hydrog??ne ordinaire deux disperse et ralentit les neutrons. Cela signifie souvent que de simples blocs de b??ton ou m??me blocs de plastique paraffine charg?? offrent une meilleure protection contre les neutrons que ne le font les mat??riaux beaucoup plus denses. Apr??s un ralentissement, les neutrons peuvent alors ??tre absorb??s avec un isotope qui a une forte affinit?? pour les neutrons lents sans causer de capture-rayonnement secondaire, tels que le lithium-6.
Riche en hydrog??ne de l'eau ordinaire effets neutrons absorption dans fission nucl??aire des r??acteurs: g??n??ralement neutrons sont si fortement absorb??e par l'eau normal que carburant en isotope fissile enrichement, est n??cessaire. Le deut??rium dans eau lourde a une affinit?? d'absorption beaucoup plus faible pour les neutrons que ne protium (hydrog??ne de lumi??re normale). Le deut??rium est donc utilis?? dans r??acteurs de type CANDU, afin de ralentir (??mod??r????) vitesse de neutrons, de sorte qu'ils sont plus efficaces ?? provoquer la fission nucl??aire , sans les capturer.
