Нейтрон

Субатомная частица без заряда

Нейтрон — субатомная частица , символ
н
или
н⁰
, который имеет нейтральный (не положительный или отрицательный) заряд и массу , немного большую, чем у протона . Протоны и нейтроны составляют ядра атомов . Поскольку протоны и нейтроны ведут себя внутри ядра одинаково, их называют нуклонами . Нуклоны имеют массу, равную примерно одной атомной единице массы, или дальтону , обозначению Da. Их свойства и взаимодействия описаны ядерной физикой . Протоны и нейтроны не являются элементарными частицами ; каждый состоит из трех кварков .

Химические свойства атома в основном определяются конфигурацией электронов , вращающихся вокруг тяжелого ядра атома. Электронная конфигурация определяется зарядом ядра, который определяется числом протонов или атомным номером . Число нейтронов – это нейтронное число . Нейтроны не влияют на электронную конфигурацию.

Атомы химического элемента , различающиеся только числом нейтронов, называются изотопами . Например, углерод с атомным номером 6 имеет распространенный изотоп углерод-12 с 6 нейтронами и редкий изотоп углерод-13 с 7 нейтронами. Некоторые элементы встречаются в природе только с одним стабильным изотопом , например фтор . Другие элементы встречаются со многими стабильными изотопами, например олово с десятью стабильными изотопами, или без стабильных изотопов, например технеций .

Свойства атомного ядра зависят как от атомного, так и от нейтронного числа. Имея положительный заряд, протоны внутри ядра отталкиваются электромагнитной силой дальнего действия , но гораздо более сильная, но короткодействующая ядерная сила тесно связывает нуклоны вместе. Нейтроны необходимы для стабильности ядер, за исключением однопротонного ядра водорода . Нейтроны производятся в больших количествах при ядерном делении и синтезе . Они вносят основной вклад в нуклеосинтез химических элементов внутри звезд посредством процессов деления, синтеза и захвата нейтронов .

Нейтрон необходим для производства ядерной энергии. В течение десятилетия после открытия нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году нейтроны использовались для индукции множества различных типов ядерных трансмутаций . С открытием ядерного деления в 1938 году быстро стало понятно, что, если в результате деления образуются нейтроны, каждый из этих нейтронов может вызвать дальнейшие события деления в каскаде, известном как цепная ядерная реакция . Эти события и открытия привели к созданию первого автономного ядерного реактора ( Чикаго Пайл-1 , 1942 г.) и первого ядерного оружия ( Тринити , 1945 г.).

Специальные источники нейтронов, такие как генераторы нейтронов , исследовательские реакторы и источники расщепления, производят свободные нейтроны для использования при облучении и в экспериментах по рассеянию нейтронов . Свободный нейтрон спонтанно распадается на протон, электрон и антинейтрино со средним временем жизни около 15 минут. Свободные нейтроны не ионизируют атомы напрямую, но косвенно вызывают ионизирующее излучение , поэтому в зависимости от дозы они могут представлять биологическую опасность. На Земле существует небольшой естественный «нейтронный фоновый» поток свободных нейтронов, вызванный ливнями космических лучей и естественной радиоактивностью спонтанно делящихся элементов в земной коре .

Нейтроны в атомном ядре

Атомное ядро ​​состоит из ряда протонов Z ( атомный номер ) и ряда нейтронов N ( число нейтронов ), связанных друг с другом ядерной силой . Протоны и нейтроны имеют массу примерно один дальтон каждый . Атомный номер определяет химические свойства атома, а число нейтронов определяет изотоп или нуклид . ^[7] Термины изотоп и нуклид часто используются как синонимы , но они относятся к химическим и ядерным свойствам соответственно. Изотопы – это нуклиды с одинаковым атомным номером, но разным числом нейтронов. Нуклиды с одинаковым числом нейтронов, но разным атомным номером называются изотонами . Атомное массовое число A равно сумме атомных и нейтронных чисел. Нуклиды с одинаковым атомным массовым числом, но разными атомными и нейтронными числами называются изобарами . Масса ядра всегда немного меньше суммы его масс протона и нейтрона: разница в массе представляет собой массу, эквивалентную энергии связи ядра, энергии, которую необходимо добавить, чтобы разделить ядро. ^{[8] : 822}

Ядро наиболее распространенного изотопа атома водорода (с химическим символом ¹ H) представляет собой одинокий протон. Ядра тяжелых изотопов водорода дейтерия (D или ² H) и трития (T или ³ H) содержат один протон, связанный с одним и двумя нейтронами соответственно. Все остальные типы атомных ядер состоят из двух или более протонов и различного количества нейтронов. Например, наиболее распространенный нуклид обычного химического элемента свинца 208 ^{Pb имеет 82 протона и 126 нейтронов.} В таблицу нуклидов вошли все известные нуклиды. Несмотря на то, что нейтрон не является химическим элементом, он включен в эту таблицу. ^[9]

Деление ядра, вызванное поглощением нейтрона ураном-235. Тяжелый нуклид распадается на более легкие компоненты и дополнительные нейтроны.

Протоны и нейтроны ведут себя почти одинаково под действием ядерных сил внутри ядра. Поэтому их обоих вместе называют нуклонами . ^[10] Концепция изоспина , в которой протон и нейтрон рассматриваются как два квантовых состояния одной и той же частицы, используется для моделирования взаимодействия нуклонов ядерными или слабыми силами. Из-за силы ядерного взаимодействия на малых расстояниях энергия связи нуклонов более чем на семь порядков превышает электромагнитную энергию, связывающую электроны в атомах. Поэтому ядерные реакции (такие как ядерное деление ) имеют плотность энергии , более чем в десять миллионов раз превышающую плотность энергии химических реакций . Из-за эквивалентности массы и энергии энергии связи ядер уменьшают массу ядер. В конечном счете, способность ядерных сил накапливать энергию, возникающую в результате электромагнитного отталкивания ядерных компонентов, является основой большей части энергии, которая делает возможными ядерные реакторы или бомбы. При ядерном делении поглощение нейтрона тяжелым нуклидом (например, ураном-235 ) приводит к тому, что нуклид становится нестабильным и распадается на легкие нуклиды и дополнительные нейтроны. Положительно заряженные легкие нуклиды затем отталкиваются, высвобождая потенциальную электромагнитную энергию .

Бета-распад

Нейтроны и протоны внутри ядра ведут себя одинаково и могут обмениваться своими тождествами посредством аналогичных реакций. Эти реакции представляют собой форму радиоактивного распада, известного как бета-распад . Бета-распад, при котором нейтроны распадаются на протоны или наоборот, управляется слабым взаимодействием и требует испускания или поглощения электронов и нейтрино или их античастиц. Реакции распада нейтрона и протона:

н⁰
→
п⁺
+
е⁻
+
ν
_е

где
п⁺
,
е⁻
, и
ν
_еобозначают продукты распада протона, электрона и электронного антинейтрино , [ ^11] и

п⁺
→
н⁰
+
е⁺
+
ν
_е

где
н⁰
,
е⁺
, и
ν
_еобозначают продукты распада нейтрона, позитрона и электронного нейтрино.

Электрон и позитрон, образующиеся в этих реакциях, исторически известны как бета-частицы , обозначаемые β ^- или β ⁺ соответственно, что и дало название процессу распада. В этих реакциях исходная частица не состоит из частиц продукта; скорее, частицы продукта создаются в момент реакции.

«Свободный» нейтрон

«Свободные» нейтроны или протоны — это нуклоны, существующие независимо, без какого-либо ядра.

Свободный нейтрон имеет массу939 565 413,3 эВ/ c  2 , или1,674 927 471 × 10-27 кг  , ^или1,008 664 915 88  Да . ^[4] Нейтрон имеет среднеквадратичный радиус около0,8 × 10-15 ^м  , или0,8  фм , ^[12] и это фермион со спином ½ . ^[13] Нейтрон не имеет измеримого электрического заряда. Имея положительный электрический заряд, протон находится под прямым влиянием электрических полей , тогда как нейтрон не подвержен влиянию электрических полей. Но у нейтрона есть магнитный момент , поэтому на нейтрон действуют магнитные поля . Конкретные свойства нейтрона описаны ниже в разделе «Внутренние свойства».

Вне ядра свободные нейтроны нестабильны и имеют среднее время жизни879,6 ± 0,8 с (около 14 минут 40 секунд) по бета-распаду; поэтому период полураспада этого процесса (отличающийся от среднего времени жизни в ln (2) = 0,693 раза ) равен610,1 ± 0,7 с (около 10 минут 10 секунд). ^{[14] [15]} Этот распад, в результате которого образуются протон, электрон и электронное антинейтрино, возможен потому, что масса нейтрона немного больше массы протона. Согласно эквивалентности массы и энергии, когда нейтрон распадается на протон таким образом, достигается состояние с более низкой энергией.

Для свободного нейтрона энергия распада этого процесса (в зависимости от масс нейтрона, протона и электрона) равна0,782 343  МэВ . Для сравнения, массовая энергия нейтрона составляет 939,6 МэВ. Максимальная энергия электрона бета-распада (в процессе которого нейтрино получает исчезающе малое количество кинетической энергии) измерена при0,782 ± 0,013 МэВ . ^[16] Последнее число недостаточно точно измерено, чтобы определить сравнительно небольшую массу покоя нейтрино (которая теоретически должна быть вычтена из максимальной кинетической энергии электрона). Массу нейтрино лучше ограничивать многими другими методами.

Распад свободного протона на более массивный нейтрон энергетически запрещен. Однако высокоэнергетическое столкновение протона и электрона или нейтрино может привести к образованию нейтрона.

Небольшая доля (примерно одна из 1000) свободных нейтронов распадается с теми же продуктами, но с добавлением лишней частицы в виде испускаемого гамма-излучения:

н⁰
→
п⁺
+
е⁻
+
ν
_е+
γ

Это гамма-лучи можно рассматривать как «внутреннее тормозное излучение », возникающее в результате электромагнитного взаимодействия испускаемой бета-частицы с протоном. Образование внутреннего тормозного гамма-излучения также является второстепенной особенностью бета-распада связанных нейтронов (как обсуждается ниже).

Схема ядра атома с указанием
β⁻
излучение — испускание быстрого электрона из ядра (сопутствующее антинейтрино опущено). В модели ядра Резерфорда красные сферы представляли собой протоны с положительным зарядом, а синие сферы — это протоны, тесно связанные с электроном без суммарного заряда.
На вставке показан бета-распад свободного нейтрона, как его понимают сегодня; В этом процессе создаются электрон и антинейтрино.

Очень небольшое меньшинство распадов нейтронов (около четырех на миллион) представляют собой так называемые «двухчастичные (нейтронные) распады», при которых протон, электрон и антинейтрино рождаются как обычно, но электрон не может получить13,6  эВ необходима энергия для выхода из протона ( энергия ионизации водорода ), поэтому он просто остается связанным с ним, образуя нейтральный атом водорода (одно из «двух тел»). При этом типе распада свободных нейтронов почти вся энергия распада нейтрона уносится антинейтрино (другим «телом»). (Атом водорода отскакивает со скоростью, примерно примерно умноженной на (энергию распада)/(энергию покоя водорода) на скорость света, или250  км/с .)

Нейтроны и протоны, связанные в ядре

Нейтроны являются необходимой составной частью любого атомного ядра, содержащего более одного протона. В результате наличия положительных зарядов взаимодействующие протоны испытывают взаимное электромагнитное отталкивание , которое сильнее, чем их притягивающее ядерное взаимодействие , поэтому ядра, состоящие только из протонов, нестабильны (см. Дипротон и соотношение нейтрон-протон ). ^[17] Нейтроны связываются с протонами и друг с другом в ядре посредством ядерных сил , эффективно смягчая силы отталкивания между протонами и стабилизируя ядро.

В то время как свободный нейтрон имеет период полураспада около10,2 мин и свободный протон стабилен, внутри ядер нейтроны часто стабильны, а протоны иногда нестабильны. Будучи связанными внутри ядра, нуклоны могут распадаться в процессе бета-распада. Нейтроны и протоны в ядре образуют квантово-механическую систему в соответствии с моделью ядерной оболочки . Протоны и нейтроны нуклида организованы в дискретные иерархические энергетические уровни с уникальными квантовыми числами . Распад нуклона внутри ядра может произойти, если это разрешено основными законами сохранения энергии и квантово-механическими ограничениями. Продукты распада, то есть испускаемые частицы, уносят избыток энергии, поскольку нуклон переходит из одного квантового состояния в состояние с меньшей энергией, а нейтрон (или протон) превращается в протон (или нейтрон).

Чтобы нейтрон распался, образовавшемуся протону требуется доступное состояние с более низкой энергией, чем исходное состояние нейтрона. В стабильных ядрах все возможные состояния с более низкой энергией заполнены, то есть каждое состояние занято парой протонов: один со спином вверх, другой со спином вниз. Когда все доступные состояния протона заполнены, принцип Паули запрещает распад нейтрона на протон внутри стабильных ядер. Ситуация аналогична электронам атома, где электронам, занимающим разные атомные орбитали, принцип запрета не позволяет распасться на более низкие, уже заполненные энергетические состояния с испусканием фотона . Стабильность ядер и радиоактивность нуклидов являются следствием этих ограничений.

Одним из примеров распада нейтрона внутри нуклида является изотоп углерода углерод-14 , который имеет 6 протонов и 8 нейтронов. Из-за избытка нейтронов этот изотоп распадается путем бета-распада до азота-14 (7 протонов, 7 нейтронов) с периодом полураспада около5730 лет . В результате распада испускаются электрон и электронное антинейтрино. Азот-14 стабилен, поскольку ни один из его протонов или нейтронов не имеет доступных квантовых состояний с меньшей энергией.

Преобразование протона в нейтрон внутри ядра также возможно посредством захвата электрона :

п⁺
+
е⁻
→
н⁰
+
ν
_е

Захват позитронов нейтронами в ядрах, содержащих избыток нейтронов, также возможен, но затруднен, поскольку позитроны относительно редки в обычном веществе и быстро аннигилируют при встрече с электронами (которые встречаются гораздо реже), и в любом случае отталкиваются положительное ядро. Похожие, но гораздо более редкие реакции включают захват нейтрино нуклоном при обратном бета-распаде .

Конкуренция типов бета-распада

Три конкурирующих типа бета-распада иллюстрируются единственным изотопом меди-64 (29 протонов, 35 нейтронов), период полураспада которого составляет около 12,7 часов. Этот изотоп имеет один неспаренный протон и один неспаренный нейтрон, поэтому распасться может либо протон, либо нейтрон. Этот конкретный нуклид почти с одинаковой вероятностью подвергнется распаду протона (в результате испускания позитронов 18% или захвата электронов 43%; оба образуют64Ни) или распад нейтрона (путем эмиссии электронов, 39%; образуя64Зн).

Нейтрон в физике элементарных частиц – Стандартная модель

Основная диаграмма Фейнмана для
β⁻
 распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино через промежуточный тяжелый
Вт⁻
бозон .

Основная диаграмма Фейнмана для
β⁺
 распад протона на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино через промежуточный тяжелый
Вт⁺
бозон.

В теоретической базе Стандартной модели физики элементарных частиц нейтрон состоит из двух даун-кварков с зарядом —1/3e и одинверхний кваркс зарядом+2/3е . . Таким образом, нейтрон представляет собой сложную частицу , классифицируемую как адрон . Нейтрон также классифицируется как барион , поскольку он состоит из трех валентных кварков . ^[18] Конечный размер нейтрона и его магнитный момент указывают на то, что нейтрон является сложной , а не элементарной частицей.

Кварки нейтрона удерживаются вместе сильной силой , действующей через глюоны . ^[19] Ядерное взаимодействие является результатом вторичного воздействия более фундаментального сильного взаимодействия .

Единственный возможный способ распада нейтрона, сохраняющий барионное число , — это изменение аромата одного из кварков нейтрона посредством слабого взаимодействия . Распад одного из нижних кварков нейтрона на более легкий верхний кварк может быть достигнут за счет испускания W-бозона . В ходе этого процесса, описанного Стандартной моделью бета-распада, нейтрон распадается на протон (который содержит один нижний и два верхних кварка), электрон и электронное антинейтрино .

Распад протона на нейтрон происходит аналогичным образом через слабое взаимодействие. Распад одного из верхних кварков протона на нижний кварк может быть достигнут за счет испускания W-бозона. Протон распадается на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино. Эта реакция может происходить только внутри атомного ядра, которое имеет квантовое состояние с более низкой энергией, доступной для созданного нейтрона.

Открытие

История открытия нейтрона и его свойств занимает центральное место в выдающихся достижениях атомной физики, произошедших в первой половине 20-го века и приведших в конечном итоге к созданию атомной бомбы в 1945 году. В модели Резерфорда 1911 года атом состоял из небольшое массивное положительно заряженное ядро, окруженное гораздо большим облаком отрицательно заряженных электронов. В 1920 году Эрнест Резерфорд предположил, что ядро ​​состоит из положительных протонов и нейтрально заряженных частиц, предположив, что это протон и электрон, каким-то образом связанные. ^[20] Предполагалось, что электроны находятся внутри ядра, поскольку было известно, что бета-излучение состоит из электронов, испускаемых ядром. ^[20] Примерно в то время, когда Резерфорд предложил нейтральный протон-электронный композит, появилось несколько других публикаций с аналогичными предположениями, а в 1921 году американский химик У. Д. Харкинс впервые назвал гипотетическую частицу «нейтроном». ^{[21] [22]} Название происходит от латинского корня нейтралис (среднего рода) и греческого суффикса -он (суффикс, используемый в названиях субатомных частиц, то есть электрона и протона ). ^{[23] [24]} Однако ссылки на слово нейтрон в связи с атомом можно найти в литературе еще в 1899 году. ^[22]

На протяжении 1920-х годов физики предполагали, что атомное ядро ​​состоит из протонов и «ядерных электронов», ^{[25] [26]} , но это вызывало очевидные проблемы. Трудно было согласовать протон-электронную модель ядра с соотношением неопределенностей Гейзенберга в квантовой механике. ^{[27] [28]} Парадокс Клейна , ^[29] открытый Оскаром Кляйном в 1928 году, представил дальнейшие квантовомеханические возражения против понятия электрона, удерживаемого внутри ядра. ^[27] Наблюдаемые свойства атомов и молекул не согласовывались со спином ядра, ожидаемым из протон-электронной гипотезы. И протоны, и электроны имеют собственный спин1/2Ч. _ Изотопы одного и того же вида (т.е. имеющие одинаковое количество протонов) могут иметь как целый, так и дробный спин, т.е. спин нейтрона также должен быть дробным (1/2х ). Но не существует способа расположить спины электрона и протона (которые должны образовать нейтрон), чтобы получить дробный спин нейтрона.

В 1931 году Вальтер Боте и Герберт Беккер обнаружили, что если излучение альфа-частиц полония падает на бериллий , бор или литий , возникает необычно проникающее излучение. На излучение не повлияло электрическое поле, поэтому Боте и Беккер предположили, что это гамма-излучение . ^{[30] [31]} В следующем году Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри в Париже показали, что если это «гамма»-излучение падает на парафин или любое другое водородсодержащее соединение, оно выбрасывает протоны очень высокой энергии. ^[32] Ни Резерфорд, ни Джеймс Чедвик из Кавендишской лаборатории в Кембридже не убедили интерпретацию гамма-лучей. ^[33] Чедвик быстро выполнил серию экспериментов, которые показали, что новое излучение состоит из незаряженных частиц примерно с той же массой, что и протон. ^{[34] [35] [36]} Эти свойства соответствовали предполагаемому нейтрону Резерфорда. За это открытие Чедвик получил Нобелевскую премию по физике 1935 года . ^[2]

Модели, изображающие уровни энергии ядра и электронов в атомах водорода, гелия, лития и неона. В действительности диаметр ядра примерно в 100 000 раз меньше диаметра атома.

Модели атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, были быстро разработаны Вернером Гейзенбергом ^{[37] [38] [39]} и другими. ^{[40] [41]} Протон-нейтронная модель объяснила загадку ядерных спинов. Происхождение бета-излучения было объяснено Энрико Ферми в 1934 году процессом бета-распада , при котором нейтрон распадается на протон, образуя электрон и (в то время еще не обнаруженное) нейтрино. ^[42] В 1935 году Чедвик и его докторант Морис Гольдхабер сообщили о первом точном измерении массы нейтрона. ^{[43] [44]}

К 1934 году Ферми бомбардировал более тяжелые элементы нейтронами, чтобы вызвать радиоактивность в элементах с высоким атомным номером. В 1938 году Ферми получил Нобелевскую премию по физике «за демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с этим открытие ядерных реакций , вызываемых медленными нейтронами». ^[45] В декабре 1938 года Отто Хан , Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман открыли ядерное деление , или фракционирование ядер урана на более легкие элементы, вызванное нейтронной бомбардировкой. ^{[46] [47] [48] [49]} В 1945 году Хан получил Нобелевскую премию по химии 1944 года «за открытие деления тяжелых атомных ядер». ^{[50] [51] [52]}

Открытие ядерного деления приведет к развитию ядерной энергетики и атомной бомбы к концу Второй мировой войны. Быстро стало понятно, что если в результате деления образуются нейтроны, каждый из этих нейтронов может вызвать дальнейшие события деления в каскаде, известном как цепная ядерная реакция . ^[7] Эти события и открытия побудили Ферми построить в Чикагском университете в 1942 году реактор «Чикаго-1» — первый самоподдерживающийся ядерный реактор . Всего три года спустя Манхэттенский проект смог испытать первую атомную бомбу — ядерное испытание «Тринити» в июле 1945 года.

Внутренние свойства

Масса

Массу нейтрона нельзя определить непосредственно методом масс-спектрометрии , поскольку он не имеет электрического заряда. Но поскольку массы протона и дейтрона можно измерить с помощью масс-спектрометра, массу нейтрона можно определить, вычитая массу протона из массы дейтрона, при этом разница будет равна массе нейтрона плюс энергия связи дейтерия. (выражается как положительная излучаемая энергия). Последнюю можно непосредственно измерить, измерив энергию ( ) одиночного ${\displaystyle B_{d}}$Гамма-фотон с энергией 2,224 МэВ испускается, когда дейтрон образуется протоном, захватывающим нейтрон (это экзотермический процесс и происходит с нейтронами с нулевой энергией). Необходимо также учитывать малую кинетическую энергию отдачи ( ) дейтрона (около 0,06% полной энергии). ${\displaystyle E_{rd}}$

${\displaystyle m_{n}=m_{d}-m_{p}+B_{d}-E_{rd}}$

Энергию гамма-лучей можно измерить с высокой точностью с помощью методов рентгеновской дифракции, как это впервые было сделано Беллом и Эллиотом в 1948 году. Лучшие современные (1986 г.) значения массы нейтрона с помощью этого метода предоставлены Грином и др. . ^[53] Это дает нейтронную массу:

м _{нейтрон} =1,008 644 904 (14)  Да

Значение массы нейтрона в МэВ известно менее точно из-за меньшей точности известного преобразования Da в МэВ/ c ² : ^[54]

м _{нейтрон} =939,565 63 (28)  МэВ/ c ² .

Другой метод определения массы нейтрона начинается с бета-распада нейтрона, когда измеряются импульсы образовавшихся протона и электрона.

Вращаться

Нейтрон – это спин 1/2частица, то есть это фермион с собственным моментом импульса, равным1/2 ħ , где ħ – приведенная постоянная Планка . В течение многих лет после открытия нейтрона его точный спин был неоднозначным. Хотя предполагалось, что это будет вращение 1/2 Частица Дирака , возможность того, что нейтрон имел спин 3/2частица задержалась. Взаимодействие магнитного момента нейтрона с внешним магнитным полем было использовано для окончательного определения спина нейтрона. ^[55] В 1949 году Хьюз и Берги измерили нейтроны, отраженные от ферромагнитного зеркала, и обнаружили, что угловое распределение отражений согласуется со спином. 1/2. ^[56] В 1954 году Шервуд, Стефенсон и Бернштейн использовали нейтроны в эксперименте Штерна-Герлаха , в котором магнитное поле использовалось для разделения спиновых состояний нейтрона. Они зафиксировали два таких спиновых состояния, соответствующих спину 1/2частица. ^{[55] [57]}

Как фермион, нейтрон подчиняется принципу запрета Паули ; два нейтрона не могут иметь одинаковые квантовые числа. Это источник давления вырождения , которое противодействует гравитации в нейтронных звездах и не дает им образовывать черные дыры. ^[58]

Магнитный момент

Несмотря на то, что нейтрон является нейтральной частицей, магнитный момент нейтрона не равен нулю. На нейтрон не влияют электрические поля, но на него влияют магнитные поля. Значение магнитного момента нейтрона было впервые непосредственно измерено Луисом Альваресом и Феликсом Блохом в Беркли, Калифорния , в 1940 году. ^[59] Альварес и Блох определили, что магнитный момент нейтрона равен μ _n =−1,93(2)  µ _N , где µ _N — ядерный магнетон . Магнитный момент нейтрона имеет отрицательное значение, поскольку его ориентация противоположна спину нейтрона. ^[60]

Магнитный момент нейтрона является показателем его кварковой субструктуры и внутреннего распределения заряда. ^[61] В кварковой модели адронов нейтрон состоит из одного верхнего кварка (заряд +2/3  e ) и двух нижних кварков (заряд −1/3  e ). ^[61] Магнитный момент нейтрона можно смоделировать как сумму магнитных моментов составляющих его кварков. ^[62] Расчет предполагает, что кварки ведут себя как точечные частицы Дирака, каждая из которых имеет свой собственный магнитный момент. Упрощенно, магнитный момент нейтрона можно рассматривать как результат векторной суммы магнитных моментов трех кварков плюс орбитальных магнитных моментов, вызванных движением трех заряженных кварков внутри нейтрона.

В одном из первых успехов Стандартной модели в 1964 году Мирза А.Б. Бег, Бенджамин В. Ли и Абрахам Пайс рассчитали, что отношение магнитных моментов протона к нейтрону равно -3/2 (или отношение -1,5), что согласуется с экспериментальным значением с точностью до 3%. ^{[63] [64] [65]} Измеренное значение для этого соотношения равно−1,459 898 05 (34) . ^[4]

Вышеупомянутая трактовка сравнивает нейтроны с протонами, позволяя вычесть сложное поведение кварков между моделями и просто исследуя, каковы будут эффекты различных зарядов кварков (или типов кварков). Таких расчетов достаточно, чтобы показать, что внутренняя часть нейтронов очень похожа на внутреннюю часть протонов, за исключением разницы в кварковом составе: нижний кварк в нейтроне заменяет верхний кварк в протоне.

Магнитный момент нейтрона можно грубо вычислить, приняв простую нерелятивистскую квантово-механическую волновую функцию для барионов , состоящих из трех кварков. Непосредственный расчет дает довольно точные оценки магнитных моментов нейтронов, протонов и других барионов. ^[62] Для нейтрона результатом этого расчета является то, что магнитный момент нейтрона определяется выражением µ _n = 4/3 µ _d − 1/3 µ _u , где µ _d и µ _u — магнитные моменты для нейтрона. нижние и верхние кварки соответственно. Этот результат объединяет собственные магнитные моменты кварков с их орбитальными магнитными моментами и предполагает, что три кварка находятся в определенном, доминирующем квантовом состоянии.

Результаты этого расчета обнадеживают, но массы верхних и нижних кварков предполагались равными 1/3 массы нуклона. ^[62] Масса кварков на самом деле составляет лишь около 1% массы нуклона. ^[66] Это несоответствие проистекает из сложности Стандартной модели нуклонов, где большая часть их массы возникает в глюонных полях, виртуальных частицах и связанной с ними энергии, которые являются важными аспектами сильного взаимодействия . ^{[66] [67]} Кроме того, сложная система кварков и глюонов, составляющих нейтрон, требует релятивистского подхода. ^[68] Но магнитный момент нуклона был успешно вычислен численно на основе первых принципов , включая все упомянутые эффекты и с использованием более реалистичных значений масс кварков. Расчет дал результаты, вполне согласующиеся с измерениями, но потребовал значительных вычислительных ресурсов. ^{[69] [70]}

Электрический заряд

Полный электрический заряд нейтрона равен0  е . Это нулевое значение было проверено экспериментально, и текущий экспериментальный предел заряда нейтрона равен−2(8) × 10 ⁻²²  e , ^[6] или−3(13) × 10 ⁻⁴¹  С . Это значение соответствует нулю, учитывая экспериментальные неопределенности (указанные в скобках). Для сравнения, заряд протона равен+1  е .

Структура и геометрия распределения заряда

В статье, опубликованной в 2007 году, в которой проводился независимый от модели анализ, был сделан вывод о том, что нейтрон имеет отрицательно заряженную внешнюю часть, положительно заряженную середину и отрицательное ядро. ^[71] В упрощенном классическом представлении, отрицательная «кожа» нейтрона помогает ему притягиваться к протонам, с которыми он взаимодействует в ядре; но основное притяжение между нейтронами и протонами осуществляется через ядерную силу , которая не связана с электрическим зарядом.

Упрощенный классический взгляд на распределение заряда нейтрона также «объясняет» тот факт, что магнитный диполь нейтрона направлен в противоположном направлении от вектора его спинового углового момента (по сравнению с протоном). По сути, это придает нейтрону магнитный момент, напоминающий отрицательно заряженную частицу. Это можно классически согласовать с нейтральным нейтроном, состоящим из распределения заряда, в котором отрицательные части нейтрона имеют больший средний радиус распределения и, следовательно, вносят больший вклад в магнитный дипольный момент частицы, чем положительные части, которые в среднем ближе к ядру.

Электрический дипольный момент

Стандартная модель физики частиц предсказывает крошечное разделение положительного и отрицательного заряда внутри нейтрона, что приводит к постоянному электрическому дипольному моменту . ^[72] Но предсказанное значение значительно ниже текущей чувствительности экспериментов. Из нескольких нерешенных загадок физики элементарных частиц становится ясно, что Стандартная модель не является окончательным и полным описанием всех частиц и их взаимодействий. Новые теории, выходящие за рамки Стандартной модели , обычно приводят к гораздо более точным предсказаниям электрического дипольного момента нейтрона. В настоящее время проводится как минимум четыре эксперимента, пытающихся впервые измерить конечный электрический дипольный момент нейтрона, в том числе:

• Эксперимент по ЭДМ криогенных нейтронов ставится в Институте Лауэ-Ланжевена ^[73]
• Строящийся эксперимент nEDM на новом источнике УХН в Институте Пола Шеррера ^[74]
• Эксперимент nEDM предусматривается на источнике расщепительных нейтронов ^{[75] [76]}
• Эксперимент nEDM строится в Институте Лауэ-Ланжевена ^[77]

Антинейтрон

Антинейтрон – это античастица нейтрона. Его открыл Брюс Корк в 1956 году, через год после открытия антипротона . CPT-симметрия накладывает строгие ограничения на относительные свойства частиц и античастиц, поэтому изучение антинейтронов обеспечивает строгие проверки CPT-симметрии. Дробная разность масс нейтрона и антинейтрона равна(9 ± 6) × 10 ⁻⁵ . Поскольку разница составляет всего около двух стандартных отклонений от нуля, это не дает убедительных доказательств нарушения CPT. ^[14]

Нейтронные соединения

Динейтроны и тетранейтроны

Динейтрон считается несвязанным изотопом с временем жизни около 10-22 ^{секунды} . Первые доказательства этого состояния были представлены Haddock et al. в 1965 году. ^{[78] : 275} В 2012 году Артемис Спироу из Мичиганского государственного университета и его коллеги сообщили, что впервые наблюдали прямую динейтронную эмиссию при распаде ¹⁶ Be. О динейтронном характере свидетельствует небольшой угол вылета между двумя нейтронами. Авторы измерили энергию разделения двух нейтронов, равную 1,35(10) МэВ, что хорошо согласуется с расчетами модели оболочки с использованием стандартных взаимодействий для этой области масс. ^[79]

Свидетельства существования несвязанных кластеров из 4 нейтронов или тетранейтронов в качестве резонансов при распаде ядер бериллия -14, ^[80] во взаимодействиях ⁸ He ^-8 Be, ^[81] и столкновениях ядер ⁴ He дают расчетное время жизни около 10-22 ^секунд . . ^[82] Эти открытия должны углубить наше понимание ядерных сил. ^{[83] [84]}

Нейтронные звезды и нейтронная материя

Считается, что при чрезвычайно высоких давлениях и температурах нуклоны и электроны коллапсируют в объемную нейтронную материю, называемую нейтронной материей . Предполагается, что это происходит в нейтронных звездах . ^[85]

Чрезвычайное давление внутри нейтронной звезды может деформировать нейтроны до кубической симметрии, обеспечивая более плотную упаковку нейтронов. ^[86]

Обнаружение

Обычные средства обнаружения заряженной частицы путем поиска следа ионизации (например, в камере Вильсона ) напрямую не работают для нейтронов. Нейтроны, которые упруго рассеиваются на атомах, могут создать заметный ионизационный след, но провести эксперименты не так просто; чаще используются другие способы обнаружения нейтронов, заключающиеся в том, чтобы позволить им взаимодействовать с атомными ядрами. Таким образом, широко используемые методы обнаружения нейтронов можно разделить на категории в зависимости от используемых ядерных процессов, в основном захвата нейтронов или упругого рассеяния . ^[87]

Обнаружение нейтронов путем захвата нейтронов

Распространенный метод обнаружения нейтронов включает преобразование энергии, выделяемой в результате реакций захвата нейтронов, в электрические сигналы. Некоторые нуклиды имеют высокое сечение захвата нейтронов , то есть вероятность поглощения нейтрона. При захвате нейтрона составное ядро ​​испускает более легко обнаруживаемое излучение, например альфа-частицу, которая затем обнаруживается. Нуклиды³
Он
,⁶
Ли
,¹⁰
Б
,²³³
ты
,²³⁵
ты
,²³⁷
Нп
, и²³⁹
Пу
полезны для этой цели.

Обнаружение нейтронов методом упругого рассеяния

Нейтроны могут упруго разлетаться от ядер, вызывая отдачу пораженного ядра. Кинематически нейтрон может передать больше энергии легкому ядру, такому как водород или гелий, чем более тяжелому ядру. Детекторы, основанные на упругом рассеянии, называются детекторами быстрых нейтронов. Ядра отдачи могут ионизировать и возбуждать дальнейшие атомы посредством столкновений. Создаваемый таким образом заряд и/или сцинтилляционный свет может быть собран для получения обнаруженного сигнала. Основной проблемой при обнаружении быстрых нейтронов является отличие таких сигналов от ошибочных сигналов, создаваемых гамма-излучением в том же детекторе. Такие методы, как распознавание формы импульса, могут использоваться для различения нейтронных сигналов от сигналов гамма-излучения, хотя были разработаны некоторые детекторы на основе неорганических сцинтилляторов ^{[88] [89]} для избирательного обнаружения нейтронов в смешанных полях излучения, по сути, без каких-либо дополнительных методов.

Детекторы быстрых нейтронов имеют то преимущество, что не требуют замедлителя и, следовательно, способны измерять энергию нейтрона, время прибытия и, в некоторых случаях, направление падения.

Источники и производство

Свободные нейтроны нестабильны, хотя у них самый длинный период полураспада среди всех нестабильных субатомных частиц, на несколько порядков. Их период полураспада по-прежнему составляет всего около 10 минут, поэтому их можно получить только из источников, производящих их непрерывно.

Естественный нейтронный фон. Небольшой естественный фоновый поток свободных нейтронов существует повсюду на Земле. ^[90] В атмосфере и глубоко в океане «нейтронный фон» создается мюонами , образующимися при взаимодействии космических лучей с атмосферой. Эти мюоны высокой энергии способны проникать на значительные глубины в воду и почву. Там при ударе атомных ядер среди других реакций вызывают реакции расщепления, при которых из ядра высвобождается нейтрон. В земной коре вторым источником являются нейтроны, образующиеся в основном в результате спонтанного деления урана и тория, присутствующих в минералах земной коры. Нейтронный фон недостаточно силен, чтобы представлять биологическую опасность, но он важен для детекторов частиц очень высокого разрешения, которые ищут очень редкие события, такие как (предполагаемые) взаимодействия, которые могут быть вызваны частицами темной материи . ^[90] Недавние исследования показали, что даже грозы могут производить нейтроны с энергией до нескольких десятков МэВ. ^[91] Недавние исследования показали, что флюенс этих нейтронов составляет от 10 ^-9 до 10 ^-13 на мс и на м ² в зависимости от высоты обнаружения. Энергия большинства этих нейтронов даже при начальной энергии 20 МэВ снижается до кэВ-диапазона за 1 мс. ^[92]

Еще более сильное нейтронное фоновое излучение создается на поверхности Марса, где атмосфера достаточно толстая, чтобы генерировать нейтроны в результате образования мюонов космических лучей и расщепления нейтронов, но недостаточно толстая, чтобы обеспечить значительную защиту от образующихся нейтронов. Эти нейтроны не только создают опасность нейтронного излучения на поверхности Марса из-за прямого нисходящего нейтронного излучения, но также могут создавать значительную опасность из-за отражения нейтронов от поверхности Марса, что приведет к образованию отраженного нейтронного излучения, проникающего вверх в марсианский корабль или среду обитания с поверхности Марса. пол. ^[93]

Источники нейтронов для исследований. К ним относятся определенные типы радиоактивного распада ( спонтанное деление и испускание нейтронов ), а также определенные ядерные реакции . Удобные ядерные реакции включают настольные реакции, такие как естественная альфа- и гамма-бомбардировка определенных нуклидов, часто бериллия или дейтерия, а также индуцированное ядерное деление , например, происходящее в ядерных реакторах. Кроме того, высокоэнергетические ядерные реакции (например, происходящие в ливнях космического излучения или столкновениях ускорителей) также производят нейтроны в результате распада ядер-мишеней. Небольшие (настольные) ускорители частиц , оптимизированные для производства свободных нейтронов таким способом, называются генераторами нейтронов .

На практике наиболее часто используемые небольшие лабораторные источники нейтронов используют радиоактивный распад для производства нейтронов. Один отметил, что радиоизотоп , производящий нейтроны, калифорний -252 распадается (период полураспада 2,65 года) в результате спонтанного деления в 3% случаев с образованием 3,7 нейтронов на деление и используется отдельно в качестве источника нейтронов в этом процессе. Источники ядерной реакции (которые включают два материала), питаемые радиоизотопами, используют источник альфа-распада плюс бериллиевую мишень или же источник высокоэнергетического гамма-излучения от источника, который подвергается бета-распаду с последующим гамма-распадом , который производит фотонейтроны при взаимодействии гамма-лучи высокой энергии с обычным стабильным бериллием или с дейтерием в тяжелой воде . Популярным источником последнего типа является радиоактивная сурьма-124 плюс бериллий, система с периодом полураспада 60,9 дней, которую можно создать из природной сурьмы (которая на 42,8% состоит из стабильной сурьмы-123), активируя ее нейтронами в ядерный реактор, а затем транспортируется туда, где необходим источник нейтронов. ^[94]

Институт Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, Франция – крупный центр нейтронных исследований.

Реакторы ядерного деления естественным образом производят свободные нейтроны; их роль заключается в поддержании цепной реакции по производству энергии . Интенсивное нейтронное излучение также может быть использовано для производства различных радиоизотопов посредством процесса нейтронной активации , который является разновидностью нейтронного захвата .

Экспериментальные термоядерные реакторы производят свободные нейтроны в качестве отходов. Но именно эти нейтроны обладают большей частью энергии, и преобразование этой энергии в полезную форму оказалось сложной инженерной задачей. Термоядерные реакторы, генерирующие нейтроны, вероятно, будут создавать радиоактивные отходы, но эти отходы состоят из активированных нейтронами более легких изотопов, которые имеют относительно короткие (50–100 лет) периоды распада по сравнению с типичным периодом полураспада в 10 000 лет [ 95 ^] отходы деления, длительность которых обусловлена ​​главным образом длительным периодом полураспада альфа-излучающих трансурановых актинидов. ^[96] Некоторые гибриды ядерного синтеза-деления предлагают использовать эти нейтроны либо для поддержания подкритического реактора , либо для помощи в ядерной трансмутации вредных долгоживущих ядерных отходов в более короткоживущие или стабильные нуклиды.

Нейтронные пучки и модификация пучков после производства

Пучки свободных нейтронов получают из источников нейтронов путем транспорта нейтронов . Чтобы получить доступ к интенсивным источникам нейтронов, исследователи должны обратиться в специализированную нейтронную установку , на которой работает исследовательский реактор или источник расщепления .

Отсутствие у нейтронов общего электрического заряда затрудняет их управление или ускорение. Заряженные частицы могут ускоряться, замедляться или отклоняться электрическими или магнитными полями . Эти методы мало влияют на нейтроны. Но некоторых эффектов можно достичь, используя неоднородные магнитные поля из-за магнитного момента нейтрона . Нейтронами можно управлять методами, включающими замедление , отражение и выбор скорости . Тепловые нейтроны могут быть поляризованы путем прохождения через магнитные материалы методом, аналогичным эффекту Фарадея для фотонов . Холодные нейтроны с длинами волн 6–7 ангстрем можно получать в пучках высокой степени поляризации с помощью магнитных зеркал и намагниченных интерференционных фильтров. ^[97]

Приложения

Нейтрон играет важную роль во многих ядерных реакциях. Например, захват нейтронов часто приводит к активации нейтронов , вызывая радиоактивность . В частности, знание нейтронов и их поведения сыграло важную роль при разработке ядерных реакторов и ядерного оружия . Деление таких элементов, как уран-235 и плутоний-239 , вызвано поглощением ими нейтронов.

Холодное , тепловое и горячее нейтронное излучение обычно используется в установках по рассеянию нейтронов для дифракции нейтронов , малоуглового рассеяния нейтронов и нейтронной рефлектометрии . Медленные нейтронные волны материи обладают свойствами, аналогичными геометрической и волновой оптике света, включая отражение, преломление, дифракцию и интерференцию. ^[98] Нейтроны дополняют рентгеновские лучи с точки зрения атомных контрастов благодаря различным сечениям рассеяния ; чувствительность к магнетизму; энергетический диапазон спектроскопии неупругих нейтронов; и глубокое проникновение в материю.

Разработка «нейтронных линз», основанных на полном внутреннем отражении в полых стеклянных капиллярных трубках или на отражении от алюминиевых пластин с ямочками, стимулировала постоянные исследования в области нейтронной микроскопии и нейтронной / гамма-томографии. ^{[99] [100] [101] [102]}

Основное применение нейтронов — возбуждение задержанных и мгновенных гамма-лучей от элементов в материалах. Это составляет основу нейтронно-активационного анализа (NAA) и мгновенного гамма-нейтронно-активационного анализа (PGNAA). NAA чаще всего используется для анализа небольших образцов материалов в ядерном реакторе , тогда как PGNAA чаще всего используется для анализа подземных пород вокруг скважин и промышленных сыпучих материалов на конвейерных лентах.

Другое применение излучателей нейтронов — обнаружение легких ядер, в частности водорода, содержащегося в молекулах воды. Когда быстрый нейтрон сталкивается с легким ядром, он теряет большую часть своей энергии. Измеряя скорость, с которой медленные нейтроны возвращаются к зонду после отражения от ядер водорода, нейтронный зонд может определить содержание воды в почве.

Медицинская терапия

Поскольку нейтронное излучение является как проникающим, так и ионизирующим, его можно использовать в медицинских целях. Однако нейтронное излучение может иметь досадный побочный эффект, заключающийся в том, что пораженный участок становится радиоактивным. Поэтому нейтронная томография не является жизнеспособным медицинским применением.

В терапии быстрыми нейтронами для лечения рака используются нейтроны высокой энергии, обычно превышающие 20 МэВ. Лучевая терапия рака основана на биологической реакции клеток на ионизирующее излучение. Если облучение проводится небольшими сеансами и повреждает раковые участки, у нормальных тканей будет время на восстановление, в то время как опухолевые клетки часто не могут этого сделать. ^[103] Нейтронное излучение может доставлять энергию в раковую область со скоростью, на порядок большей, чем гамма-излучение . ^[104]

Пучки нейтронов низкой энергии используются в бор-нейтронозахватной терапии для лечения рака. При бор-нейтронозахватной терапии пациенту вводят препарат, содержащий бор и который преимущественно накапливается в целевой опухоли. Затем опухоль бомбардируется нейтронами с очень низкой энергией (хотя часто превышающей тепловую энергию), которые захватываются изотопом бора-10 в боре, что приводит к образованию возбужденного состояния бора-11, который затем распадается с образованием лития-7 и альфа - частица , обладающая достаточной энергией, чтобы убить злокачественную клетку, но недостаточной дальностью действия, чтобы повредить соседние клетки. Для применения такой терапии для лечения рака предпочтительным является источник нейтронов, имеющий интенсивность порядка тысячи миллионов (10 ⁹ ) нейтронов в секунду на см ^{2 .} Такие потоки требуют исследовательского ядерного реактора.

Защита

Воздействие свободных нейтронов может быть опасным, поскольку взаимодействие нейтронов с молекулами в организме может вызвать разрушение молекул и атомов , а также может вызвать реакции, которые приводят к другим формам излучения (например, протонам). ^[7] Применяются обычные меры радиационной защиты: избегайте воздействия, держитесь как можно дальше от источника и сведите время воздействия к минимуму. Но особое внимание необходимо уделить тому, как защититься от нейтронного воздействия. Для других типов излучения, например, альфа-частиц , бета-частиц или гамма-лучей , материал с высоким атомным номером и высокой плотностью обеспечивает хорошую защиту; часто используется свинец . Однако этот подход не будет работать с нейтронами, поскольку поглощение нейтронов не увеличивается напрямую с увеличением атомного номера, как это происходит с альфа-, бета- и гамма-излучением. Вместо этого нужно посмотреть на конкретные взаимодействия нейтронов с веществом (см. раздел об обнаружении выше). Например, материалы, богатые водородом , часто используются для защиты от нейтронов, поскольку обычный водород одновременно рассеивает и замедляет нейтроны. Зачастую это означает, что простые бетонные блоки или даже пластиковые блоки, наполненные парафином, обеспечивают лучшую защиту от нейтронов, чем гораздо более плотные материалы. После замедления нейтроны могут быть поглощены изотопом, имеющим высокое сродство к медленным нейтронам, не вызывая вторичного захватного излучения, например литием-6.

Обычная вода , богатая водородом , приводит к поглощению нейтронов в ядерных реакторах деления: обычно нейтроны настолько сильно поглощаются обычной водой, что требуется обогащение топлива делящимся изотопом. (Количество нейтронов, образующихся при делении, зависит в первую очередь от продуктов деления. В среднем оно составляет примерно 2,5–3,0, и в среднем по крайней мере один нейтрон должен избегать захвата, чтобы поддерживать цепную ядерную реакцию .) Дейтерий в тяжелой воде имеет сродство к поглощению нейтронов гораздо ниже, чем у протия (обычного легкого водорода). Поэтому дейтерий используется в реакторах типа CANDU , чтобы замедлить ( умерить ) скорость нейтронов и увеличить вероятность ядерного деления по сравнению с захватом нейтронов .

Нейтронная температура

Тепловые нейтроны

Тепловые нейтроны – это свободные нейтроны , энергии которых имеют распределение Максвелла–Больцмана с kT = 0,0253  эВ (4,0 × 10–21 Дж  ) при комнатной температуре ^. Это дает характерную (не среднюю и не срединную) скорость 2,2 км/с. Название «тепловые» происходит от того, что их энергия соответствует энергии газа или материала комнатной температуры, через которые они проникают. (см. кинетическую теорию энергий и скоростей молекул). После ряда столкновений (часто в пределах 10–20) с ядрами нейтроны достигают этого энергетического уровня при условии, что они не поглощены.

Во многих веществах реакции с тепловыми нейтронами имеют гораздо большее эффективное сечение, чем реакции с участием более быстрых нейтронов, и поэтому тепловые нейтроны могут поглощаться легче (т. е. с большей вероятностью) любыми атомными ядрами , с которыми они сталкиваются, создавая более тяжелые - и зачастую нестабильный – в результате изотоп химического элемента .

В большинстве реакторов деления используется замедлитель нейтронов для замедления или термализации нейтронов, испускаемых в результате ядерного деления , чтобы их было легче захватывать, вызывая дальнейшее деление. Другие, называемые быстрыми реакторами-размножителями, напрямую используют нейтроны энергии деления.

Холодные нейтроны

Холодные нейтроны — это тепловые нейтроны, которые пришли в равновесие в очень холодном веществе, таком как жидкий дейтерий . Такой источник холода размещается в замедлителе исследовательского реактора или в источнике расщепления. Холодные нейтроны особенно ценны для экспериментов по рассеянию нейтронов . ^[105]

Использование холодных и очень холодных нейтронов (ВХН) было немного ограничено по сравнению с использованием тепловых нейтронов из-за относительно более низкого потока и отсутствия оптических компонентов. Тем не менее, были предложены инновационные решения, предлагающие научному сообществу больше возможностей для продвижения использования VCN. ^{[106] [107]}

Источник холодных нейтронов, обеспечивающий нейтроны примерно с температурой жидкого водорода.

Ультрахолодные нейтроны

Ультрахолодные нейтроны образуются в результате неупругого рассеяния холодных нейтронов в веществах с малым сечением поглощения нейтронов при температуре в несколько Кельвинов, таких как твердый дейтерий ^[108] или сверхтекучий гелий . ^[109] Альтернативным методом производства является механическое замедление холодных нейтронов с использованием доплеровского сдвига. ^{[110] [111]}

Энергетические нейтроны деления

Быстрый нейтрон – это свободный нейтрон с уровнем кинетической энергии, близким к1  МэВ (1,6 × 10 ⁻¹³  Дж ), отсюда скорость ~14 000  км/с (~ 5% скорости света). Их называют энергией деления или быстрыми нейтронами, чтобы отличить их от тепловых нейтронов с более низкой энергией и нейтронов с высокой энергией, образующихся в космических ливнях или ускорителях. Быстрые нейтроны производятся в результате ядерных процессов, таких как ядерное деление . Нейтроны, образующиеся при делении, как отмечалось выше, имеют распределение Максвелла-Больцмана кинетических энергий от 0 до ~14 МэВ, среднюю энергию 2 МэВ (для нейтронов деления ²³⁵ U) и моду всего 0,75 МэВ, что означает, что более половины из них не относятся к быстрым (и, следовательно, почти не имеют шансов инициировать деление воспроизводящих материалов , таких как ²³⁸ U и ²³² Th).

Быстрые нейтроны можно превратить в тепловые нейтроны посредством процесса, называемого замедлением. Это делается с помощью замедлителя нейтронов . В реакторах для замедления нейтронов обычно используется тяжелая вода , легкая вода или графит .

Термоядерные нейтроны

Скорость реакции синтеза быстро увеличивается с температурой, пока не достигнет максимума, а затем постепенно упадет. Пик скорости DT достигается при более низкой температуре (около 70 кэВ, или 800 миллионов кельвинов) и при более высоком значении, чем у других реакций, обычно рассматриваемых для энергии термоядерного синтеза.

D-T ( дейтерий - тритий ) синтез — это реакция синтеза , в результате которой образуются наиболее энергичные нейтроны с кинетической энергией 14,1  МэВ и движущиеся со скоростью 17% скорости света . D-T-синтез также является самой простой для воспламенения термоядерной реакцией, достигающей почти пиковых скоростей, даже когда ядра дейтерия и трития имеют лишь тысячную часть кинетической энергии, равной 14,1 МэВ, которые будут произведены.

Нейтроны с энергией 14,1 МэВ имеют примерно в 10 раз больше энергии, чем нейтроны деления, и очень эффективны при делении даже неделящихся тяжелых ядер , и эти деления с высокой энергией производят в среднем больше нейтронов, чем деления нейтронами с более низкой энергией. Это делает источники нейтронов термоядерного синтеза D-T, такие как предлагаемые энергетические реакторы токамак , полезными для трансмутации трансурановых отходов. Нейтроны с энергией 14,1 МэВ также могут производить нейтроны, выбивая их из ядер .

С другой стороны, эти нейтроны очень высоких энергий с меньшей вероятностью будут просто захвачены, не вызывая деления или расщепления . По этим причинам в конструкции ядерного оружия широко используются нейтроны D-T-синтеза с энергией 14,1 МэВ, чтобы вызвать большее деление . Нейтроны термоядерного синтеза способны вызывать деление обычно неделящихся материалов, таких как обедненный уран (уран-238), и эти материалы использовались в оболочках термоядерного оружия . Нейтроны термоядерного синтеза также могут вызывать деление веществ, которые непригодны или трудно перерабатывать в первичные бомбы деления, таких как плутоний реакторного качества . Таким образом, этот физический факт приводит к тому, что обычные материалы, не относящиеся к оружию, вызывают обеспокоенность в некоторых дискуссиях и договорах о распространении ядерного оружия .

Другие реакции синтеза производят гораздо менее энергичные нейтроны. D-D-синтез в половине времени производит нейтрон с энергией 2,45 МэВ и гелий-3 , а в остальное время производит тритий и протон, но не производит нейтрон. При синтезе D– ³ He нейтронов не образуется.

Нейтроны промежуточных энергий

Трансмутационный поток в легководном реакторе , который является реактором теплового спектра.

Нейтрон энергии деления, который замедлился, но еще не достиг тепловой энергии, называется эпитепловым нейтроном.

Сечения реакций как захвата , так и деления часто имеют несколько резонансных пиков при определенных энергиях в эпитепловом диапазоне энергий. Они имеют меньшее значение в реакторе на быстрых нейтронах , где большинство нейтронов поглощается до замедления до этого диапазона, или в хорошо замедлившемся тепловом реакторе , где надтепловые нейтроны взаимодействуют в основном с ядрами замедлителя, а не с делящимися или воспроизводящими нуклидами актинидов . . Но в реакторе с частичным замедлителем и большим количеством взаимодействий надтепловых нейтронов с ядрами тяжелых металлов существует больше возможностей для кратковременных изменений реактивности , которые могут затруднить управление реактором.

Соотношение реакций захвата и реакций деления также хуже (больше захватов без деления) в большинстве ядерных топлив, таких как плутоний-239 , что делает реакторы надтеплового спектра, использующие это топливо, менее желательными, поскольку захват не только приводит к потере одного захваченного нейтрона, но и обычно приводит к в нуклиде , который не делится тепловыми или эпитепловыми нейтронами, но все же может делиться быстрыми нейтронами. Исключением является уран-233 ториевого цикла , который имеет хорошие коэффициенты захвата-деления при всех энергиях нейтронов.

Нейтроны высоких энергий

Нейтроны высокой энергии обладают гораздо большей энергией, чем нейтроны энергии деления, и генерируются как вторичные частицы ускорителями частиц или в атмосфере из космических лучей . Эти нейтроны высокой энергии чрезвычайно эффективны при ионизации и с гораздо большей вероятностью вызывают гибель клеток , чем рентгеновские лучи или протоны. ^{[112] [113]}

Смотрите также

• Ионизирующего излучения
• Изотоп
• Список частиц
• Нейтронное излучение и шкала излучения Зиверта
• Нейтроний
• Ядерная реакция
• Нуклеосинтез
  • Нуклеосинтез нейтронного захвата
  • R-процесс
  • S-процесс
• Реактор на тепловых нейтронах

Источники нейтронов

• Генератор нейтронов
• Источник нейтронов

Процессы с участием нейтронов

• Нейтронная бомба
• Нейтронная дифракция
• Нейтронный поток
• Нейтронный транспорт
• Датирование космогенных радионуклидов

Рекомендации

1. Эрнест Резерфорд. Архивировано 3 августа 2011 г. в Wayback Machine . Chemed.chem.purdue.edu. Проверено 16 августа 2012 г.
2. Нобелевская премия по физике 1935 года. Архивировано 3 октября 2017 г. в Wayback Machine . Нобелевская премия.org. Проверено 16 августа 2012 г.
3. «Рекомендуемые значения CODATA 2018» https://physical.nist.gov/cuu/Constants/index.html. Архивировано 22 января 2018 г. на Wayback Machine.
4. Мор, П.Дж.; Тейлор, Б.Н. и Ньюэлл, Д.Б. (2014), «Рекомендуемые CODATA значения фундаментальных физических констант 2014 года». Архивировано 9 октября 2013 г. на Wayback Machine (веб-версия 7.0). База данных разработана Дж. Бейкером, М. Дума и С. Коточиговой . (2014). Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 20899.
5. Зила, Пенсильвания (2020). «ЗНАЧИТЕЛЬНАЯ ЖИЗНЬ». PDG Live: Обзор физики элементарных частиц за 2020 год . Группа данных частиц. Архивировано из оригинала 17 января 2021 года . Проверено 25 февраля 2021 г.
6. Олив, штат Калифорния; (Группа данных о частицах); и другие. (2014). «Обзор физики элементарных частиц» (PDF) . Китайская физика C . 38 (9): 1–708. arXiv : 1412.1408 . Бибкод : 2014ChPhC..38i0001O. дои : 10.1088/1674-1137/38/9/090001. PMID  10020536. S2CID  118395784. Архивировано (PDF) из оригинала 1 июня 2020 г. Проверено 26 октября 2017 г.
7. Glassstone, Сэмюэл; Долан, Филип Дж., ред. (1977), Эффекты ядерного оружия (3-е изд.), Министерство обороны США и Управление энергетических исследований и разработок, Типография правительства США, ISBN 978-1-60322-016-3
8. Джанколи, Дуглас К. (1984). Общая физика. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-350884-0. ОСЛК  1033640549.
9. Nudat 2. Архивировано 17 августа 2009 г. в Wayback Machine . Nndc.bnl.gov. Проверено 4 декабря 2010 г.
10. Томас, AW; Вайзе, В. (2001), Структура нуклона , Wiley-WCH, Берлин, ISBN 978-3-527-40297-7
11. Сводная таблица данных группы данных о частицах по барионам. Архивировано 10 сентября 2011 г. в Wayback Machine . lbl.gov (2007). Проверено 16 августа 2012 г.
12. Повх, Б.; Рит, К.; Шольц, К.; Зетше, Ф. (2002). Частицы и ядра: введение в физические концепции . Берлин: Springer-Verlag. п. 73. ИСБН 978-3-540-43823-6.
13. Басдеван, Ж.-Л.; Рич, Дж.; Спиро, М. (2005). Основы ядерной физики . Спрингер . п. 155. ИСБН 978-0-387-01672-6.
14. Накамура, К. (2010). «Обзор физики элементарных частиц». Журнал физики Г. 37 (7А): 1–708. Бибкод : 2010JPhG...37g5021N. дои : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . hdl : 10481/34593 . ПМИД  10020536.PDF с частичным обновлением 2011 г. для издания 2012 г. Архивировано 20 сентября 2012 г. на Wayback Machine . Точное значение среднего времени жизни до сих пор неизвестно из-за противоречивых результатов экспериментов. Группа данных о частицах сообщает о значениях с разницей до шести секунд (более четырех стандартных отклонений), отмечая, что «наши обзоры 2006, 2008 и 2010 годов остались на уровне 885,7 ± 0,8 с; но мы отметили, что в свете SEREBROV 05 наше значение должно быть рассматривается как подозрительный, пока дальнейшие эксперименты не прояснили ситуацию. Со времени нашего обзора 2010 года PICHLMAIER 10 получил средний срок службы 880,7 ± 1,8 с, что ближе к значению SEREBROV 05, чем к нашему среднему значению. И SEREBROV 10B[...] заявляет свои значения должны быть снижены примерно на 6 с, что привело бы их в соответствие с двумя более низкими значениями. изменения (этими экспериментаторами) опубликованных значений. На данный момент мы не можем придумать ничего лучшего, чем усреднить семь лучших, но несогласованных измерений, получив881,5 ± 1,5 с . Обратите внимание, что ошибка включает масштабный коэффициент 2,7. Это скачок на 4,2 старых (и 2,8 новых) стандартных отклонения. Такое положение дел особенно печально, потому что ценность очень важна. Мы снова призываем экспериментаторов прояснить это».
15. Танабаши, М. (2018). «Обзор физики элементарных частиц». Физический обзор D . 54 (1): 1653. doi :10.1103/physrevd.54.1. PMID  10020536. Архивировано из оригинала 19 октября 2020 г. Проверено 14 октября 2020 г.
16. Основные идеи и концепции ядерной физики: вводный подход, третье издание; К. Хейд Тейлор и Фрэнсис 2004. Печать ISBN 978-0-7503-0980-6 , 978-1-4200-5494-1 . дои : 10.1201/9781420054941. полный текст ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} 
17. Открытие нейтронов сэром Джеймсом Чедвиком. Архивировано 26 октября 2011 г. в Wayback Machine . Ядерное кафе АНС. Проверено 16 августа 2012 г.
18. Адэр, РК (1989). Великий замысел: частицы, поля и творение . Издательство Оксфордского университета . п. 214. Бибкод :1988gdpf.book.....А.
19. Коттингем, Западная Нью-Йорк; Гринвуд, Д. (1986). Введение в ядерную физику . Издательство Кембриджского университета . ISBN 9780521657334.
20. Резерфорд, Э. (1920). «Ядерное строение атомов». Труды Королевского общества А. 97 (686): 374–400. Бибкод : 1920RSPSA..97..374R. дои : 10.1098/rspa.1920.0040 .
21. Харкинс, Уильям (1921). «Строение и стабильность атомных ядер. (Вклад в тему неорганической эволюции.)». Филос. Маг . 42 (249): 305. дои : 10.1080/14786442108633770.
22. Feather, Н. (1960). «История нейтронов и ядер. Часть 1». Современная физика . 1 (3): 191–203. Бибкод : 1960ConPh...1..191F. дои : 10.1080/00107516008202611.
23. Паули, Вольфганг; Германн, А.; Мейенн, Кв; Вайскопф, В.Ф. (1985). «Das Jahr 1932 die Entdeckung des Neutrons». Вольфганг Паули . Источники по истории математики и физических наук. Том. 6. С. 105–144. дои : 10.1007/978-3-540-78801-0_3. ISBN 978-3-540-13609-5.
24. Хендри, Джон, изд. (1984). Кембриджская физика в тридцатые годы . Бристоль: Адам Хильгер. ISBN 978-0852747612.
25. Браун, Лори М. (1978). «Идея нейтрино». Физика сегодня . 31 (9): 23–28. Бибкод : 1978PhT....31i..23B. дои : 10.1063/1.2995181.
26. Фридлендер Г., Кеннеди Дж. В. и Миллер Дж. М. (1964) Ядерная и радиохимия (2-е издание), Wiley, стр. 22–23 и 38–39.
27. Стьювер, Роджер Х. (1985). «Нильс Бор и ядерная физика». На французском языке: AP; Кеннеди, Пи Джей (ред.). Нильс Бор: столетний том . Издательство Гарвардского университета. стр. 197–220. ISBN 978-0674624160.
28. Паис, Авраам (1986). Внутренняя граница . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 299. ИСБН 978-0198519973.
29. Кляйн, О. (1929). «Отражение электронов и их потенциалы, возникшие на релятивистской динамике Дирака». Zeitschrift für Physik . 53 (3–4): 157–165. Бибкод : 1929ZPhy...53..157K. дои : 10.1007/BF01339716. S2CID  121771000.
30. Боте, В.; Беккер, Х. (1930). «Künstliche Erregung von Kern-γ-Strahlen» [Искусственное возбуждение ядерного γ-излучения]. Zeitschrift für Physik . 66 (5–6): 289–306. Бибкод : 1930ZPhy...66..289B. дои : 10.1007/BF01390908. S2CID  122888356.
31. Беккер, Х.; Боте, В. (1932). «Die in Bor und Beryllium erregten γ-Strahlen» [Г-лучи возбуждаются в боре и бериллии]. Zeitschrift für Physik . 76 (7–8): 421–438. Бибкод : 1932ZPhy...76..421B. дои : 10.1007/BF01336726. S2CID  121188471.
32. Жолио-Кюри, Ирен и Жолио, Фредерик (1932). «Испускание высокоскоростных протонов гидрогенизированными веществами под воздействием очень проникающих γ-лучей». Комптес Рендус . 194 : 273. Архивировано из оригинала 04 марта 2022 г. Проверено 16 июня 2012 г.
33. Браун, Эндрю (1997). Нейтрон и бомба: биография сэра Джеймса Чедвика . Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-853992-6.
34. Чедвик, Джеймс (1932). «Возможное существование нейтрона» (PDF) . Природа . 129 (3252): 312. Бибкод : 1932Natur.129Q.312C. дои : 10.1038/129312a0. S2CID  4076465.
35. «На вершине физической волны: Резерфорд снова в Кембридже, 1919–1937». Ядерный мир Резерфорда . Американский институт физики. 2011–2014 гг. Архивировано из оригинала 21 октября 2014 года . Проверено 19 августа 2014 г.
36. Чедвик, Дж. (1933). «Бейкеровская лекция. Нейтрон». Труды Королевского общества А. 142 (846): 1–25. Бибкод : 1933RSPSA.142....1C. дои : 10.1098/rspa.1933.0152 .
37. Гейзенберг, В. (1932). «Über den Bau der Atomkerne. I». Zeitschrift für Physik . 77 (1–2): 1–11. Бибкод : 1932ZPhy...77....1H. дои : 10.1007/BF01342433. S2CID  186218053.
38. Гейзенберг, В. (1932). «Über den Bau der Atomkerne. II». Zeitschrift für Physik . 78 (3–4): 156–164. Бибкод : 1932ZPhy...78..156H. дои : 10.1007/BF01337585. S2CID  186221789.
39. Гейзенберг, В. (1933). «Über den Bau der Atomkerne. III». Zeitschrift für Physik . 80 (9–10): 587–596. Бибкод : 1933ZPhy...80..587H. дои : 10.1007/BF01335696. S2CID  126422047.
40. Иваненко, Д. (1932). «Нейтронная гипотеза». Природа . 129 (3265): 798. Бибкод : 1932Natur.129..798I. дои : 10.1038/129798d0 . S2CID  4096734.
41. Миллер А.И. (1995) Ранняя квантовая электродинамика: справочник , издательство Кембриджского университета, Кембридж, ISBN 0521568919 , стр. 84–88. 
42. Уилсон, Фред Л. (1968). «Теория бета-распада Ферми». Американский журнал физики . 36 (12): 1150–1160. Бибкод : 1968AmJPh..36.1150W. дои : 10.1119/1.1974382.
43. Чедвик, Дж.; Гольдхабер, М. (1934). «Ядерный фотоэффект: распад диплона гамма-лучами». Природа . 134 (3381): 237–238. Бибкод : 1934Natur.134..237C. дои : 10.1038/134237a0 . S2CID  4137231.
44. Чедвик, Дж.; Гольдхабер, М. (1935). «Ядерный фотоэлектрический эффект». Труды Лондонского королевского общества А. 151 (873): 479–493. Бибкод : 1935RSPSA.151..479C. дои : 10.1098/rspa.1935.0162 .
45. Купер, Дэн (1999). Энрико Ферми: И революции в современной физике. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-511762-2. ОСЛК  39508200.
46. Хан, О. и Штрассман, Ф. (1939). «Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle» [Об обнаружении и характеристике щелочноземельных металлов, образующихся при облучении урана нейтронами]. Die Naturwissenschaften . 27 (1): 11–15. Бибкод : 1939NW.....27...11H. дои : 10.1007/BF01488241. S2CID  5920336.
47. Хан, О. (1958). «Открытие деления». Научный американец . 198 (2): 76–84. Бибкод : 1958SciAm.198b..76H. doi : 10.1038/scientificamerican0258-76.
48. Райф, Патрисия (1999). Лиза Мейтнер и начало ядерного века . Базель, Швейцария: Биркхойзер. ISBN 978-0-8176-3732-3.
49. Хан, О.; Штрассманн, Ф. (10 февраля 1939 г.). «Доказательство образования активных изотопов бария из урана и тория, облученных нейтронами; доказательство существования более активных фрагментов, образующихся при делении урана». Die Naturwissenschaften . 27 (6): 89–95. Бибкод : 1939NW.....27...89H. дои : 10.1007/BF01488988. S2CID  33512939.
50. «Нобелевская премия по химии 1944 года». Нобелевский фонд . Архивировано из оригинала 26 декабря 2018 г. Проверено 17 декабря 2007 г.
51. Бернштейн, Джереми (2001). Урановый клуб Гитлера: секретные записи в Фарм-холле. Нью-Йорк: Коперник. п. 281. ИСБН 978-0-387-95089-1.
52. «Нобелевская премия по химии 1944 года: презентационная речь». Нобелевский фонд. Архивировано из оригинала 25 октября 2007 г. Проверено 3 января 2008 г.
53. Грин, ГЛ; и другие. (1986). «Новое определение энергии связи дейтрона и массы нейтрона». Письма о физических отзывах . 56 (8): 819–822. Бибкод : 1986PhRvL..56..819G. doi : 10.1103/PhysRevLett.56.819. ПМИД  10033294.
54. Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 , стр. 18–19. 
55. Дж. Бирн (2011). Нейтроны, ядра и материя: исследование физики медленных нейтронов . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. стр. 28–31. ISBN 978-0486482385.
56. Хьюз, диджей; Бурги, Монтана (1949). «Отражение и поляризация нейтронов намагниченными зеркалами» (PDF) . Физический обзор . 76 (9): 1413–1414. Бибкод : 1949PhRv...76.1413H. дои : 10.1103/PhysRev.76.1413. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2016 г. Проверено 26 июня 2016 г.
57. Шервуд, Дж. Э.; Стивенсон, TE; Бернштейн, С. (1954). «Эксперимент Штерна-Герлаха на поляризованных нейтронах». Физический обзор . 96 (6): 1546–1548. Бибкод : 1954PhRv...96.1546S. doi : 10.1103/PhysRev.96.1546.
58. Бомбачи, И. (1996). «Максимальная масса нейтронной звезды». Астрономия и астрофизика . 305 : 871–877. Бибкод : 1996A&A...305..871B.
59. Альварес, LW; Блох, Ф. (1940). «Количественное определение магнитного момента нейтрона в абсолютных ядерных магнетонах». Физический обзор . 57 (2): 111–122. Бибкод : 1940PhRv...57..111A. doi :10.1103/physrev.57.111.
60. Типлер, Пол Аллен; Ллевеллин, Ральф А. (2002). Современная физика (4-е изд.). Макмиллан . п. 310. ИСБН 978-0-7167-4345-3. Архивировано из оригинала 7 апреля 2022 г. Проверено 27 августа 2020 г.
61. Гелл, Ю.; Лихтенберг, Д.Б. (1969). «Кварковая модель и магнитные моменты протона и нейтрона». Иль Нуово Чименто А. Ряд 10. 61 (1): 27–40. Бибкод : 1969NCimA..61...27G. дои : 10.1007/BF02760010. S2CID  123822660.
62. Перкинс, Дональд Х. (1982). Введение в физику высоких энергий. Эддисон Уэсли, Ридинг, Массачусетс. стр. 201–202. ISBN 978-0-201-05757-7.
63. Гринберг, О.В. (2009), «Степень свободы цветового заряда в физике элементарных частиц», Сборник квантовой физики , Springer Berlin Heidelberg, стр. 109–111, arXiv : 0805.0289 , doi : 10.1007/978-3-540-70626- 7_32, ISBN 978-3-540-70622-9, S2CID  17512393
64. Бег, МАБ; Ли, BW; Паис, А. (1964). «SU(6) и электромагнитные взаимодействия». Письма о физических отзывах . 13 (16): 514–517, ошибка 650. Бибкод : 1964PhRvL..13..514B. doi : 10.1103/physrevlett.13.514.
65. Сакита, Б. (1964). «Электромагнитные свойства барионов в супермультиплетной схеме элементарных частиц». Письма о физических отзывах . 13 (21): 643–646. Бибкод : 1964PhRvL..13..643S. doi : 10.1103/physrevlett.13.643.
66. Чо, Адриан (2 апреля 2010 г.). «Наконец-то определена масса общего кварка». Наука . Американская ассоциация содействия развитию науки. Архивировано из оригинала 27 августа 2015 года . Проверено 27 сентября 2014 г.
67. Вильчек, Ф. (2003). «Происхождение массы» (PDF) . Ежегодник физики Массачусетского технологического института : 24–35. Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2015 г.
68. Цзи, Сяндун (1995). «КХД-анализ массовой структуры нуклона». Письма о физических отзывах . 74 (7): 1071–1074. arXiv : hep-ph/9410274 . Бибкод : 1995PhRvL..74.1071J. doi : 10.1103/PhysRevLett.74.1071. PMID  10058927. S2CID  15148740.
69. Мартинелли, Г.; Паризи, Г.; Петронцио, Р.; Рапуано, Ф. (1982). «Магнитные моменты протона и нейтрона в решетке КХД» (PDF) . Буквы по физике Б. 116 (6): 434–436. Бибкод : 1982PhLB..116..434M. дои : 10.1016/0370-2693(82)90162-9. Архивировано (PDF) из оригинала 20 апреля 2020 г. Проверено 25 августа 2019 г.
70. Кинкейд, Кэти (2 февраля 2015 г.). «Определение магнитных моментов ядерной материи». Физика.орг . Архивировано из оригинала 2 мая 2015 года . Проверено 8 мая 2015 г.
71. Миллер, Джорджия (2007). «Плотность заряда нейтрона и протона». Письма о физических отзывах . 99 (11): 112001. arXiv : 0705.2409 . Бибкод : 2007PhRvL..99k2001M. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.112001. PMID  17930428. S2CID  119120565.
72. «Частицы грушевидной формы исследуют тайну большого взрыва» (пресс-релиз). Университет Сассекса . 20 февраля 2006 г. Архивировано из оригинала 7 июня 2011 г. Проверено 14 декабря 2009 г.
73. Криогенный эксперимент по поиску ЭДМ нейтрона. Архивировано 16 февраля 2012 г. в Wayback Machine . Hepwww.rl.ac.uk. Проверено 16 августа 2012 г.
74. Поиск электрического дипольного момента нейтрона: nEDM. Архивировано 25 сентября 2015 г. в Wayback Machine . Nedm.web.psi.ch (12 сентября 2001 г.). Проверено 16 августа 2012 г.
75. Публичная страница эксперимента nEDM ORNL в США. Архивировано 30 апреля 2017 г. в Wayback Machine . Проверено 8 февраля 2017 г.
76. Эксперимент SNS Neutron EDM. Архивировано 10 февраля 2011 г. в Wayback Machine . P25ext.lanl.gov. Проверено 16 августа 2012 г.
77. Измерение электрического дипольного момента нейтрона. Архивировано 23 августа 2011 г. на Wayback Machine . Nrd.pnpi.spb.ru. Проверено 16 августа 2012 г.
78. Тённессен, Майкл (2016). Несвязанные изотопы. Чам: Международное издательство Springer. стр. 275–291. дои : 10.1007/978-3-319-31763-2_16. ISBN 978-3-319-31761-8.
79. Спироу, А.; и другие. (2012). «Первое наблюдение распада динейтрона в основном состоянии: 16Be». Письма о физических отзывах . 108 (10): 102501. Бибкод : 2012PhRvL.108j2501S. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.102501 . ПМИД  22463404.
80. Маркес, FM; Лабиш, М.; Орр, Н.А.; Анжелика, JC; Аксельссон, Л.; Бенуа, Б.; Бергманн, Калифорнийский университет; Борге, MJG; Кэтфорд, Западная Нью-Йорк; Чаппелл, САУ; Кларк, Нью-Мексико; Коста, Г.; Кертис, Н.; Д'Арриго, А.; де Гоес Бреннан, Э. (1 апреля 2002 г.). «Обнаружение нейтронных кластеров». Физический обзор C . 65 (4). arXiv : nucl-ex/0111001 . doi : 10.1103/PhysRevC.65.044006. ISSN  0556-2813.
81. Кисамори, К.; и другие. (2016). «Кандидат в резонансное тетранейтронное состояние, заселенное реакцией He4 (He8, Be8)». Письма о физических отзывах . 116 (5): 052501. Бибкод : 2016PhRvL.116e2501K. doi :10.1103/PhysRevLett.116.052501. ПМИД  26894705.
82. Дуэр, М.; Ауманн, Т.; Гернхойзер, Р.; Панин В.; Пасхалис, С.; Росси, DM; Ачури, Нидерланды; Ан, Д.; Баба, Х.; Бертулани, Калифорния; Бёмер, М.; Борецкий, К.; Цезарь, К.; Чига, Н.; Корси, А. (23 июня 2022 г.). «Наблюдение коррелированной системы свободных четырех нейтронов». Природа . 606 (7915): 678–682. дои : 10.1038/s41586-022-04827-6. ISSN  0028-0836. ПМЦ 9217746 . ПМИД  35732764. 
83. «Физики находят признаки четырехнейтронного ядра». 24 февраля 2016 г. Архивировано из оригинала 29 июля 2017 г. Проверено 27 июня 2017 г.
84. Орр, Найджел (3 февраля 2016 г.). «Могут ли четыре нейтрона танго?». Физика . 9 : 14. Бибкод : 2016PhyOJ...9...14O. дои : 10.1103/Физика.9.14 .
85. Гандольфи, Стефано; Гезерлис, Александрос; Карлсон, Дж. (19 октября 2015 г.). «Нейтронная материя от низкой до высокой плотности». Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 65 (1): 303–328. arXiv : 1501.05675 . doi : 10.1146/annurev-nucl-102014-021957. ISSN  0163-8998.
86. Льянес-Эстрада, Фелипе Дж.; Морено Наварро, Гаспар (2012). «Кубические нейтроны». Буквы по современной физике А. 27 (6): 1250033–1–1250033–7. arXiv : 1108.1859 . Бибкод : 2012МПЛА...2750033Л. дои : 10.1142/S0217732312500332. S2CID  118407306.
87. Нолл, Гленн Ф. (1979). «Гл. 14». Обнаружение и измерение радиации . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0471495451.
88. Гош, П.; В. Фу; Эм Джей Харрисон; ПК Дойл; Н. С. Эдвардс; Дж. А. Робертс; Д.С. МакГрегор (2018). «Высокоэффективный микрослойный детектор быстрых нейтронов с низким черенковским уровнем для годоскопа TREAT». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 904 : 100–106. Бибкод : 2018NIMPA.904..100G. дои : 10.1016/j.nima.2018.07.035 . S2CID  126130994. Архивировано из оригинала 12 апреля 2022 г. Проверено 14 апреля 2020 г.
89. Гош, П.; Д.М. Николс; В. Фу; Дж. А. Робертс; Д.С. МакГрегор (2019). «Подавление гамма-излучения микрослоистого детектора быстрых нейтронов с SiPM». Симпозиум IEEE по ядерным наукам и конференция по медицинской визуализации (NSS/MIC) 2019 года . стр. 1–3. doi : 10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059869. ISBN 978-1-7281-4164-0. S2CID  204877955.
90. Карсон, MJ; и другие. (2004). «Нейтронный фон в крупномасштабных ксеноновых детекторах для поиска темной материи». Астрофизика частиц . 21 (6): 667–687. arXiv : hep-ex/0404042 . Бибкод : 2004APh....21..667C. doi :10.1016/j.astropartphys.2004.05.001. S2CID  17887096.
91. Кён, К.; Эберт, У. (2015). «Расчет пучков позитронов, нейтронов и протонов, связанных с земными вспышками гамма-излучения» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 23 (4): 1620–1635. Бибкод : 2015JGRD..120.1620K. дои : 10.1002/2014JD022229 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 декабря 2019 г. Проверено 25 августа 2019 г.
92. Кён, К.; Диниз, Г.; Хараке, Мухсин (2017). «Механизмы образования лептонов, фотонов и адронов и их возможная обратная связь, близкая к молниеносным лидерам». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (2): 1365–1383. Бибкод : 2017JGRD..122.1365K. дои : 10.1002/2016JD025445. ПМЦ 5349290 . ПМИД  28357174. 
93. Клаудсли, Миссисипи; Уилсон, Дж.В.; Ким, Миннесота; Синглетри, Колорадо; Трипати, РК; Хейнбокель, Дж. Х.; Бадави, ФФ; Шинн, Дж.Л. (2001). «Нейтронная среда на поверхности Марса» (PDF) . Физика Медика . 17 (Приложение 1): 94–96. PMID  11770546. Архивировано из оригинала (PDF) 25 февраля 2005 г.
94. Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 , стр. 32–33. 
95. «Учебное пособие по изотопам и радиоактивности». Архивировано из оригинала 14 февраля 2020 г. Проверено 16 апреля 2020 г.
96. Наука/Природа | Вопросы и ответы: Термоядерный реактор. Архивировано 25 февраля 2022 г. в Wayback Machine . Новости Би-би-си (6 февраля 2006 г.). Проверено 4 декабря 2010 г.
97. Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 , стр. 453. 
98. Кляйн, АГ; Вернер, SA (1 марта 1983 г.). «Нейтронная оптика». Отчеты о прогрессе в физике . Издательство ИОП. 46 (3): 259–335. дои : 10.1088/0034-4885/46/3/001. ISSN  0034-4885. S2CID  250903152.
99. Кумахов, М.А.; Шаров, В.А. (1992). «Нейтронная линза». Природа . 357 (6377): 390–391. Бибкод : 1992Natur.357..390K. дои : 10.1038/357390a0. S2CID  37062511.
100. Physorg.com, «Новый способ «видения»: нейтронный микроскоп». Архивировано 24 января 2012 г. в Wayback Machine . Physorg.com (30 июля 2004 г.). Проверено 16 августа 2012 г.
101. «НАСА разрабатывает самородок для поиска жизни в космосе». Архивировано 8 марта 2014 г. в Wayback Machine . NASA.gov (30 ноября 2007 г.). Проверено 16 августа 2012 г.
102. Иоффе, А.; Дабагов С.; Кумахов, М. (1 января 1995 г.). «Эффективный изгиб нейтронов под большими углами». Нейтронные новости . 6 (3): 20–21. дои : 10.1080/10448639508217696. ISSN  1044-8632.
103. Холл, Эрик Дж. (2000). Радиобиология для радиолога (5-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 0-7817-2649-2. ОСЛК  43854159.
104. Джонс Х.Э. и Каннингем-младший (1978). Физика радиологии . Чарльз С. Томас, 3-е издание
105. [email protected] (17 апреля 2017 г.). «Чем нейтроны полезны». НИСТ . Архивировано из оригинала 25 января 2021 г. Проверено 21 января 2021 г.
106. Э. Хадден; Y Изо; Куме; К. Умэмото; Т. Дженке; М Фалли; Дж. Клепп; И Томита (2022). «Высокоэффективные голографические оптические элементы для экспериментов с холодными нейтронами». Исследовательские ворота . дои : 10.13140/RG.2.2.26033.04963.
107. Хадден, Эльхусин; Исо, Юко; Куме, Ацуши; Умэмото, Коичи; Дженке, Тобиас; Фалли, Мартин; Клепп, Юрген; Томита, Ясуо (24 мая 2022 г.). «Композитные решетки наночастиц и полимеров на основе наноалмазов с чрезвычайно большой модуляцией показателя преломления нейтронов». В Маклеоде, Роберт Р.; Томита, Ясуо; Шеридан, Джон Т; Паскуаль Вильялобос, Инмакулада (ред.). Светочувствительные материалы и их применение II . Том. 12151. ШПИОН. стр. 70–76. Бибкод : 2022SPIE12151E..09H. дои : 10.1117/12.2623661. ISBN 9781510651784. S2CID  249056691.
108. Б. Лаусс (май 2012 г.). «Запуск источника ультрахолодных нейтронов высокой интенсивности в Институте Пауля Шеррера». Сверхтонкое взаимодействие . 211 (1): 21–25. arXiv : 1202.6003 . Бибкод : 2012HyInt.211...21L. дои : 10.1007/s10751-012-0578-7. S2CID  119164071.
109. Р. Голуб и Дж. М. Пендлбери (1977). «Взаимодействие ультрахолодных нейтронов (УХН) с жидким гелием и сверхтепловым источником УХН». Физ. Летт. А. _ 62 (5): 337–339. Бибкод : 1977PhLA...62..337G. дои : 10.1016/0375-9601(77)90434-0.
110. А. Штайерл; Х. Нагель; Ф.-Х. Шрайбер; К.-А. Штайнхаузер; Р. Гелер; В. Глейзер; П. Агерон; Дж. М. Астрюк; В. Дрексель; Г. Жерве и В. Мампе (1986). «Новый источник холодных и ультрахолодных нейтронов». Физ. Летт. А. _ 116 (7): 347–352. Бибкод : 1986PhLA..116..347S. дои : 10.1016/0375-9601(86)90587-6.
111. Стефан Дёге; Юрген Хингерль и Кристоф Моркель (февраль 2020 г.). «Измеренные спектры скоростей и плотности нейтронов в портах пучка ультрахолодных нейтронов PF2 в Институте Лауэ-Ланжевена». Нукл. Инструмент. Методы А. 953 : 163112. arXiv : 2001.04538 . Бибкод : 2020NIMPA.95363112D. дои : 10.1016/j.nima.2019.163112. S2CID  209942845. Архивировано из оригинала 24 февраля 2021 г. Проверено 24 апреля 2020 г.
112. Фриман, Тами (23 мая 2008 г.). «Встреча со вторичными нейтронами». Сеть медицинской физики. Архивировано из оригинала 20 декабря 2010 г. Проверено 8 февраля 2011 г.
113. Хайльбронн, Л.; Накамура, Т; Ивата, Ю; Куросава, Т; Ивасе, Х; Таунсенд, LW (2005). «Развернуть + Обзор производства вторичных нейтронов, имеющих отношение к защите в космосе». Радиационная защита Дозиметрия . 116 (1–4): 140–143. doi : 10.1093/rpd/nci033. PMID  16604615. Архивировано из оригинала 26 января 2019 г. Проверено 25 января 2019 г.

дальнейшее чтение

• Джеймс Бирн, Нейтроны, ядра и материя: исследование физики медленных нейтронов . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications, 2011. ISBN 0486482383 . 
• Авраам Паис , Внутренняя граница , Оксфорд: Oxford University Press, 1986. ISBN 0198519974 . 
• Син-Итиро Томонага , История вращения , Издательство Чикагского университета, 1 997
• Хервиг Шоппер , Слабые взаимодействия и ядерный бета-распад , Издательство, Паб Северной Голландии. Компания, 1966 год.
• Аннотированная библиография по нейтронам из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос.