Neutroni

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Neutroni
Neutronin kvarkkirakenne
Neutronin kvarkkirakenne
Luokitus Baryoni
Rakenne 2 d-kvarkkia ja 1 u-kvarkki
Perhe Fermioni
Ryhmä Hadroni
Vuorovaikutus Gravitaatio, heikko, vahva ja sähkömagneettinen
Antihiukkanen Antineutroni n
Löydetty teoreettisesti Ernest Rutherford (1920)
Löydetty James Chadwick (1932)
Symboli n, n0
Massa 1,674 927 351 × 10-27 kg ± 0,000 000 074 × 10-27 kg[1]
939,565 379 MeV/c2 ±
0,000 021 MeV/c2[1]
Sähkövaraus 0 e
Spin 1/2

Neutronit ovat sähkövarauksettomia hiukkasia, jotka yhdessä protonien kanssa muodostavat atomiytimet (lukuun ottamatta vedyn yksinkertaisinta isotooppia, protiumia, joka koostuu vain yhdestä protonista). Neutroni kuuluu baryoneihin, ja se muodostuu kolmesta alkeishiukkasesta, kahdesta alas-kvarkista sekä yhdestä ylös-kvarkista. Neutronista ja protonista käytetään myös yhteisnimitystä nukleoni. Neutronia ei saa sekoittaa neutriinoon.

Neutronin ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neutronin stabiilisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ytimen ulkopuolella neutroni on epästabiili ja hajoaa spontaanisti protoniksi, elektroniksi sekä antineutriinoksi (beeta-miinus-hajoaminen):

\hbox{n}\to\hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_{\mathrm{e}}

Tämän beeta-miinus-hajoamisen puoliintumisaika on T½ = 885,7 ± 0,8 sekuntia (n. 15 minuuttia). Vastaava hajoamisreaktio voi tapahtua myös joissakin radioaktiivisissa atomeissa (erityisesti isotoopeissa, jotka sisältävät protonien lukumäärään nähden reilusti neutroneja). Stabiileissa ytimissä tätä hajoamista ei tapahdu, ei myöskään neutronitähdissä, joissa neutronit ovat yhtä tiheässä kuin atomiytimissä.

Vuorovaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neutroni vuorovaikuttaa kaikkien neljän perusvuorovaikutuksen kautta.

  • Sähköisesti varautumattomalla neutronilla on magneettinen momentti ja sen rakennusosaset, kvarkit, ovat sähköisesti varautuneita. Sähkömagneettinen vuorovaikutus on merkittävä lähinnä sirontakokeissa ja silloin, kun neutroni on magneettikentässä.
  • Gravitaatio vaikuttaa neutroniin, kuten kaikkiin massallisiin hiukkasiin, mutta hiukkastasolla sen voimakkuus on yleensä häviävän pieni.
  • Heikko vuorovaikutus aiheuttaa neutronin beetahajoamisen.
  • Vahva vuorovaikutus on yleensä suurin neutroniin vaikuttava voima. Se sitoo kvarkit yhteen neutroniksi ja toisaalta myös neutronit ytimeen.

Neutronien sovellukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Neutroneilla on merkittävä osa sekä rauhanomaisen ydinvoiman kuin ydinaseenkin toiminnassa. Molemmissa ketjureaktio saadaan aikaan neutronien avulla, siten että fissioreaktioissa syntyvät neutronit aiheuttavat uusia reaktioita osuessaan polttoaineytimiin. Reaktion nopeutta voidaan siis säädellä säätämällä neutronivuon voimakkuutta reaktoriin sijoitettavan, neutroneja absorboivan aineen avulla (esimerkiksi säätösauvat).

Neutroneja voidaan käyttää myös aineen rakenteen tutkimiseen samaan tapaan kuin röntgensäteitä, sillä varauksettomina hiukkasina ne tunkeutuvat varsin syvälle aineeseen. Ominaisuutta on myös hyödynnetty lääketieteessä esimerkiksi BNCT-hoidoissa. Vapaita neutroneja syntyy kuitenkin vain ydinreaktioissa, joten neutronilähteiden saatavuus rajoittaa neutronien käyttöä näihin tarkoituksiin.

Historiaa: Neutronin löytäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 1930 tutkijat Walther Bothe ja H. Becker havaitsivat, että energisten alfahiukkasten osuessa tiettyihin alkuaineisiin, etenkin berylliumiin, poloniumiin ja litiumiin, syntyi erittäin läpitunkevaa säteilyä, jota luultiin aluksi gammasäteilyksi. Kaksi vuotta myöhemmin Irène Joliot-Curie ja Frédéric Joliot huomasivat, että tämä säteily, osuessaan vetyä sisältäviin yhdisteisiin, tuotti korkeaenergiaisia protoneja. Jos kyseessä olisi ollut gammasäteily, olisi sen energian täytynyt olla huomattavasti korkeampi kuin koskaan aiemmin oli havaittu ja suurempi kuin säteilyn synnyttävistä reaktioista saatava energia. Myöhemmin samana vuonna James Chadwick näytti, että energian säilymisongelma ratkeaa, jos kyseessä onkin protonin kanssa yhtä suuren massan omaava, sähköiseltä varaukseltaan neutraali hiukkanen, jolle myöhemmin annettiin nimeksi "neutroni".[2]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • W.-M. Yao et al (Particle Data Group): Review of Particle Physics. Journal of Physics G, 2006, nro 33, s. 70-83.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b P. Mohr, B. Taylor ja D. Newell: Values of the Fundamental Constants 2011. National Institute of Standards and Technology. Viitattu 2.10.2012. (englanniksi)
  2. Alonso, Marcelo & Finn, Edward J.: Fundamental University Physics III, Quantum and Statistical Physics. Addison-Wesley, 1861.