Neutron
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 La structure des quarks du neutron. | |
| Composition | un, deux vers le bas |
|---|---|
| Statistiques | Fermion |
| Interactions | Gravity , électromagnétique , Faible, Fort |
| Symbole | n |
| Antiparticule | Antineutron |
| Découvert | James Chadwick (1932) |
| Masse | 1,674 927 29 (28) × 10 -27 kg 939,565 560 (81) MeV / c ² 1.008665 u |
| Charge électrique | 0 C |
| Tourner | ½ |
En physique , le neutron est un particule subatomique sans filet charge électrique et un masse de 939,573 MeV / c ² ou 1,008 664 915 (78) u (1,6749 x 10 -27 kg, un peu plus d'un proton ). Son spin est ½. Son antiparticule est appelé antineutron. Le neutron, avec le proton , est un nucléon.
Les noyaux de tous les atomes sont constitués de protons et les neutrons, à l'exception du léger isotope de l'hydrogène qui ne possède qu'un seul proton. Le nombre de protons définit le type d'élément l'atome. Le nombre de neutrons détermine l' isotope d'un élément, par conséquent, sont des atomes isotopes d'un même élément (c. nombre atomique ) mais différant masses atomiques en raison d'un nombre différent de neutrons. Par exemple, le isotope carbone 12 possède 6 protons et 6 neutrons, tandis que le isotope carbone 14 possède 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 classé comme un baryon.
la stabilité de neutrons et de la désintégration bêta
En dehors du noyau, neutrons libres sont instables et ont une durée de vie de 885,7 ± 0,8 secondes (environ 15 minutes) signifie, en décomposition par émission d'un négatif électrons et antineutrino de devenir un proton: 
. Ce mode de décroissance, connu sous le nom désintégration bêta, peut également transformer le caractère de neutrons dans les noyaux instables.
A l'intérieur d'un noyau lié, protons peuvent également transformer par désintégration bêta en neutrons. Dans ce cas, la transformation peut se produire par l'émission d'un positron (antiélectron) et neutrino (au lieu d'un antineutrino): 
. La transformation d'un proton à un neutron d'un noyau intérieur est également possible par capture d'électrons: 
. Positron par capture de neutrons dans les noyaux qui contiennent un excès de neutrons est également possible, mais est entravée en raison du fait positrons sont repoussés par le noyau, et en outre, rapidement anéantir quand ils rencontrent des électrons négatifs.
Lorsqu'il est lié à l'intérieur d'un noyau, l'instabilité d'un seul neutron désintégration bêta est équilibrée contre l'instabilité qui serait acquis par le noyau dans son ensemble si un proton supplémentaire devait participer à des interactions répulsives avec les autres protons qui sont déjà présents dans le noyau. En tant que tel, bien neutrons libres sont instables, neutrons liés ne sont pas nécessairement le cas. Le même raisonnement explique pourquoi protons, qui sont stables dans l'espace vide, peuvent se transformer en neutrons lorsqu'il est lié à l'intérieur d'un noyau.
Désintégration bêta et capture d'électrons sont des types de désintégration radioactive et sont tous deux régis par la interaction faible.
Interactions
Le neutron interagit à travers les quatre interactions fondamentales: l' électromagnétique , nucléaire faible, nucléaire forte et gravitationnelles interactions.
Bien que le neutron n'a aucune charge nette, il peut interagir électromagnétique de deux façons: d'abord, le neutron possède un moment magnétique du même ordre que le proton (voir neutron moment magnétique); seconde, elle est composée de chargés électriquement quarks . Ainsi, l'interaction électromagnétique est d'abord important de neutrons dans le diffusion inélastique profonde et magnétiques interactions.
Le neutron éprouve l'interaction faible par désintégration bêta en un proton, électrons et antineutrino électronique. Il éprouve la force gravitationnelle comme le fait ne importe quel corps énergétique; Toutefois, la gravité est si faible qu'il ne peut être négligé dans la physique des particules expériences.
La force la plus importante à neutrons est l'interaction forte. Cette interaction est responsable de la liaison de trois neutrons du quark dans une seule particule. Le forte force résiduelle est responsable de la liaison de neutrons et de protons ensemble dans les noyaux . Cette force nucléaire joue le rôle de premier plan lorsque neutrons traversent la matière. Contrairement aux particules ou photons chargés, le neutron ne peut pas perdre de l'énergie par atomes ionisantes. Plutôt, le neutron va sur son chemin librement jusqu'à ce qu'il fait une collision frontale avec un noyau atomique. Pour cette raison, rayonnement neutronique est très pénétrant.
Détection
Les moyens communs de détection 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 élastique hors atomes peuvent créer une piste d'ionisation qui est détectable, mais les expériences ne sont pas aussi simples à réaliser; d'autres moyens de détection de neutrons, consistant en leur permettant d'interagir avec des noyaux atomiques, sont plus couramment utilisés.
Une méthode courante pour la détection de neutrons consiste à convertir l'énergie libérée à partir de telles réactions en signaux électriques. Les nucléides 3 He, 6 Li, 10 B, 233 U, 235 U, 237 Np et 239 Pu sont utiles à cet effet. Une bonne discussion sur la détection de neutrons se trouve au chapitre 14 du livre de détection des radiations et évaluation par Glenn F. Knoll (John Wiley & Sons, 1979).
Utilisations
Le neutron joue un rôle important dans beaucoup de réactions nucléaires. Par exemple, la capture de neutrons se traduit souvent par activation neutronique, induisant la radioactivité. En particulier, la connaissance de neutrons et leur comportement a été important dans le développement de réacteurs nucléaires et les armes nucléaires .
Froide, thermique et chaude rayonnement neutronique est couramment employé dans installations de diffusion de neutrons, où le rayonnement est utilisé d'une manière similaire une utilisation rayons X pour l'analyse de la matière condensée . Les neutrons sont complémentaires à celui-ci en termes de contrastes atomiques par différents diffusion des sections transversales; sensibilité au magnétisme; gamme d'énergie pour la spectroscopie de neutrons inélastique; et pénétration profonde dans la matière.
Le développement de "lentilles de neutrons" basé sur la réflexion interne totale dans des tubes capillaires de verre creuses ou par réflexion à 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 émetteurs de neutrons est la détection des noyaux légers, en particulier l'hydrogène trouvé dans l'eau des molécules. Lorsqu'un neutron rapide entre en collision avec un noyau léger, il perd une grande partie de son énergie. En mesurant la vitesse à laquelle les neutrons lents revenir à la sonde après reflétant sur des noyaux d'hydrogène, un sonde à neutrons peut déterminer la teneur en eau dans le sol.
Découverte
En 1930 Walther Bothe et H. Becker en Allemagne ont constaté que si la très énergique les particules alpha émis par le polonium tombées sur certains éléments légers, notamment le béryllium , le bore ou de lithium , un rayonnement de pénétration exceptionnellement a été produit. Au début, ce rayonnement a été pensé pour être un rayonnement gamma, même si ce était plus pénétrant que des rayons gamma connus, et les détails de résultats expérimentaux étaient très difficiles à interpréter sur cette base. La prochaine contribution importante a été signalée dans 1932 par Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot à Paris . Ils ont montré que si ce rayonnement inconnu tombé sur paraffine ou tout autre hydrogène composé -d'une il éjectés protons de très haute énergie. Ce ne était pas en soi incompatible avec la nature de rayons gamma supposé du nouveau rayonnement, mais l'analyse quantitative détaillée des données est devenu de plus en plus difficile à concilier avec une telle hypothèse. Enfin, en 1932 le physicien James Chadwick en Angleterre a effectué une série d'expériences montrant que l'hypothèse de rayons gamma était intenable. Il a suggéré que, en fait, le nouveau rayonnement composée de particules non chargées d'environ la masse du proton , et il a effectué une série d'expériences vérifiant sa suggestion. Ces particules non chargées ont finalement été appelés neutrons, apparemment de la latine racine de neutre et le grec terminaison -on (par imitation des électrons et protons ).
Anti-neutrons
Le antineutron est le antiparticule du neutron. Il a été découvert par Bruce Cork dans l'année 1956 , un an après le antiproton a été découvert.
CPT-symétrie impose des contraintes fortes sur les propriétés relatives des particules et donc antiparticules, et est ouvert à des tests rigoureux. La différence fractionnaire dans les masses du neutron et est antineutron (9 ± 5) × 10 -5. Puisque la différence est seulement d'environ deux écarts-types loin de zéro, cela ne donne aucune preuve convaincante de CPT-violation.
Les développements actuels
Moment dipolaire électrique
Une expérience à la Institut Laue-Langevin a tenté de mesurer un dipôle électrique, ou la séparation des charges, dans le neutron, et est compatible avec une le moment dipolaire électrique de zéro. Ces résultats sont importants dans le développement de théories qui vont au-delà du modèle 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 été émise par une équipe dirigée par Francisco-Miguel Marqués au Laboratoire CNRS de physique nucléaire basée sur des observations de la désintégration de béryllium-14 noyaux. Ceci est particulièrement intéressant, parce que la théorie actuelle suggère que ces groupes ne devraient pas être stable.
Protection
L'exposition aux neutrons peut être dangereux, étant donné que l'interaction des neutrons avec des molécules dans le corps peut provoquer des perturbations à des molécules et des atomes , et peut également provoquer des réactions qui donnent naissance à d'autres formes de rayonnement (tels que des protons). Les précautions habituelles de la radioprotection se appliquent: éviter l'exposition, rester aussi loin de la source que possible, et de garder le temps d'exposition à un minimum. Certains pensée particulière doit cependant être accordée à la façon de protéger de l'exposition de neutrons,. Pour les autres types de rayonnements, par exemple les particules alpha, particules bêta, ou des rayons gamma, matériau de numéro atomique élevé et à haute densité pour faire un bon blindage; souvent conduire est utilisé. Cependant, cette approche ne fonctionnera pas avec des neutrons, car l'absorption de neutrons ne augmente pas carrément de numéro atomique, comme il le fait avec l'alpha, bêta, et gamma. Au lieu de cela on a besoin de regarder les interactions particulières ont neutrons avec la matière (voir la section sur la détection ci-dessus). Par exemple, hydrogène matériaux riches sont souvent utilisés pour protéger contre les neutrons, puisque l'hydrogène ordinaire deux disperse et ralentit les neutrons. Cela signifie souvent que de simples blocs de béton ou même blocs de plastique paraffine chargé offrent une meilleure protection contre les neutrons que ne le font les matériaux beaucoup plus denses. Après un ralentissement, les neutrons peuvent alors être absorbés avec un isotope qui a une forte affinité pour les neutrons lents sans causer de capture-rayonnement secondaire, tels que le lithium-6.
Riche en hydrogène de l'eau ordinaire effets neutrons absorption dans fission nucléaire des réacteurs: généralement neutrons sont si fortement absorbée par l'eau normal que carburant en isotope fissile enrichement, est nécessaire. Le deutérium dans eau lourde a une affinité d'absorption beaucoup plus faible pour les neutrons que ne protium (hydrogène de lumière normale). Le deutérium est donc utilisé dans réacteurs de type CANDU, afin de ralentir («modéré») vitesse de neutrons, de sorte qu'ils sont plus efficaces à provoquer la fission nucléaire , sans les capturer.
