Нейтрон

Нейтрон — это субатомная частица , символ
н
или
н⁰
, который не имеет электрического заряда и имеет массу , немного большую, чем у протона . Протоны и нейтроны составляют ядра атомов . Поскольку протоны и нейтроны ведут себя одинаково внутри ядра, их обоих называют нуклонами . Нуклоны имеют массу приблизительно в одну атомную единицу массы, или дальтон ( символ: Da). Их свойства и взаимодействия описываются ядерной физикой . Протоны и нейтроны не являются элементарными частицами ; каждый состоит из трех кварков .

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

Атомы химического элемента , которые отличаются 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 стабильного изотопа, например, технеций .

Свойства атомного ядра зависят как от атомного, так и от нейтронного числа. Имея положительный заряд, протоны внутри ядра отталкиваются дальнодействующей электромагнитной силой , 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 большом количестве при ядерном делении и синтезе . Они являются основным фактором нуклеосинтеза химических элементов внутри звезд посредством процессов деления, синтеза и захвата нейтронов .

Нейтрон необходим для производства ядерной энергии. В течение десятилетия после того, как нейтрон был открыт Джеймсом Чедвиком в 1932 году, нейтроны использовались для индукции множества различных типов ядерных трансмутаций . С открытием ядерного деления в 1938 году было быстро понято, что если событие деления производит нейтроны, каждый из этих нейтронов может вызвать дальнейшие события деления в каскаде, известном как ядерная цепная реакция . Эти события и открытия привели к созданию первого самоподдерживающегося ядерного реактора ( Chicago Pile-1 , 1942) и первого ядерного оружия ( Trinity , 1945).

Специальные источники нейтронов , такие как нейтронные генераторы , исследовательские реакторы и источники расщепления, производят свободные нейтроны для использования в облучении и 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 они косвенно вызывают ионизирующее излучение , поэтому они могут представлять биологическую опасность в зависимости от дозы. 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 образовано несколькими протонами, Z ( атомный номер ), и несколькими нейтронами, N ( число нейтронов ), связанными вместе ядерной силой . Протоны и нейтроны имеют массу приблизительно в один дальтон . Атомный номер определяет химические свойства атома, а число нейтронов определяет изотоп или нуклид . ^[7]^{: 4} Термины изотоп и нуклид часто используются как синонимы , но они относятся к химическим и ядерным свойствам соответственно. ^[7]^{: 4} Изотопы — это нуклиды с одинаковым атомным номером, но разным числом нейтронов. Нуклиды с одинаковым числом нейтронов, но разным числом нейтронов называются изотонами . ^[8] Атомное массовое число , A , равно сумме атомного и нейтронного чисел. Нуклиды с одинаковым атомным массовым числом, но разным числом атомов и нейтронов называются изобарами . ^[8] Масса ядра всегда немного меньше суммы масс его протона и нейтрона: разница в массе представляет собой массу, эквивалентную энергии связи ядра, энергии, которую необходимо добавить, чтобы разбить ядро на части. ^[9]^{: 822}

Ядро наиболее распространенного изотопа атома водорода (с химическим символом ¹ H) представляет собой одинокий протон. ^[7]^{: 20} 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. ^[7]^{: 20} Все другие типы атомных ядер состоят из двух или более протонов и различного числа нейтронов. Например, наиболее распространенный нуклид распространенного химического элемента свинца , ²⁰⁸ Pb, имеет 82 протона и 126 нейтронов. ^[10] Таблица нуклидов содержит все известные нуклиды. Несмотря на то, что это не химический элемент, нейтрон включен в эту таблицу. ^[11]

Протоны и нейтроны ведут себя почти одинаково под влиянием ядерной силы внутри ядра. Поэтому их обоих называют нуклонами . ^[12] Концепция изоспина , в которой протон и нейтрон рассматриваются как два квантовых состояния одной и той же частицы, используется для моделирования взаимодействия нуклонов посредством ядерных или слабых сил. ^[13]^{: 141}

Ядерная энергия

Из-за силы ядерного взаимодействия на коротких расстояниях ядерная энергия, связывающая нуклоны, на много порядков больше электромагнитной энергии, связывающей электроны в атомах. ^[7]^{: 4} При ядерном делении поглощение нейтрона некоторыми тяжелыми нуклидами (такими как уран-235 ) может привести к тому, что нуклид станет нестабильным и распадется на более легкие нуклиды и дополнительные нейтроны. ^[7] Положительно заряженные легкие нуклиды, или «осколки деления», затем отталкиваются, высвобождая электромагнитную потенциальную энергию . ^[14] Если эта реакция происходит в массе делящегося материала , дополнительные нейтроны вызывают дополнительные события деления, вызывая каскад, известный как цепная ядерная реакция . ^[7]^{: 12–13} Для заданной массы делящегося материала такие ядерные реакции выделяют энергию, которая примерно в десять миллионов раз больше, чем от эквивалентной массы обычного химического взрывчатого вещества . ^[7]^{: 13}^[15] В конечном счете, способность ядерной силы накапливать энергию, возникающую в результате электромагнитного отталкивания ядерных компонентов, является основой для большей части энергии, которая делает возможными ядерные реакторы или бомбы; большая часть энергии, высвобождаемой при делении, является кинетической энергией осколков деления. ^[14]^[7]^{: 12}

Бета-распад

Нейтроны и протоны в ядре ведут себя схожим образом и могут обмениваться своими идентичностями посредством схожих реакций. Эти реакции являются формой радиоактивного распада, известной как бета-распад . ^[16] Бета-распад, при котором нейтроны распадаются на протоны или наоборот, управляется слабым взаимодействием и требует испускания или поглощения электронов и нейтрино или их античастиц. ^[17] Реакции распада нейтронов и протонов следующие:

н 0 \to п + + е - + ν е

где
п⁺
,
е⁻
, и $ν е$ обозначают продукты распада протона, электрона и электронного антинейтрино , ^[18] и

п + \to н 0 + е + + ν е

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

Электрон и позитрон, полученные в этих реакциях, исторически известны как бета-частицы , обозначаемые β ⁻ или β ⁺ соответственно, что дало название процессу распада. ^[17] В этих реакциях исходная частица не состоит из частиц-продуктов; скорее, частицы-продукты создаются в момент реакции. ^[19]^{: 369–370}

«Свободный» нейтрон

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

Свободный нейтрон имеет массу939 565 413 .3 эВ/ с ² , или939,565 4133 МэВ/ с2 ^. Эта масса равна1,674 927 471 × 10 ⁻²⁷ кг , или1,008 664 915 88 Да . ^[4] Нейтрон имеет среднеквадратичный радиус около0,8 × 10 ⁻¹⁵ м , или0,8 Фм , ^[20] и является фермионом со спином ½ . ^[21] Нейтрон не имеет измеримого электрического заряда. С его положительным электрическим зарядом протон напрямую подвержен влиянию электрических полей , тогда как нейтрон не подвержен влиянию электрических полей. ^[22] Однако нейтрон имеет магнитный момент , поэтому он подвержен влиянию магнитных полей . ^[23] Конкретные свойства нейтрона описаны ниже в разделе «Внутренние свойства».

Вне ядра свободные нейтроны подвергаются бета-распаду со средним временем жизни около 14 минут, 38 секунд, ^[24] что соответствует периоду полураспада около 10 минут, 11 секунд. Масса нейтрона больше массы протона на1,293 32 МэВ/ c ² , ^[25] следовательно, масса нейтрона обеспечивает энергию, достаточную для создания протона, электрона и антинейтрино. В процессе распада протон, электрон и электронное антинейтрино сохраняют энергию, заряд и лептонное число нейтрона. ^[26] Электрон может приобрести кинетическую энергию до0,782 ± 0,013 МэВ . ^[25]

До сих пор не объяснено, что различные экспериментальные методы измерения времени жизни нейтрона, методы «бутылки» и «пучка», дают разные значения. ^[27] Метод «бутылки» использует «холодные» нейтроны, запертые в бутылке, в то время как метод «пучка» использует энергичные нейтроны в пучке частиц. Измерения двумя методами не сходятся со временем. Время жизни по методу бутылки в настоящее время составляет 877,75 с ^[28]^[29] , что на 10 секунд меньше значения по методу пучка 887,7 с ^[30]

Небольшая часть (около одного на тысячу) свободных нейтронов распадается с теми же продуктами, но добавляет дополнительную частицу в виде испускаемого гамма-излучения: ^[31]

н 0 \to п + + е - + ν е + γ

Называемое «радиационным распадом» нейтрона, гамма-лучи можно рассматривать как результат «внутреннего тормозного излучения », которое возникает из-за электромагнитного взаимодействия испускаемой бета-частицы с протоном. ^[31]

Меньшая часть (около четырех на миллион) свободных нейтронов распадается в так называемых «двухчастичных (нейтронных) распадах», при которых, как обычно, образуются протон, электрон и антинейтрино, но электрон не получает13,6 эВ необходимой энергии для того, чтобы вырваться из протона ( энергия ионизации водорода ), и поэтому просто остается связанным с ним, образуя нейтральный атом водорода (одно из «двух тел»). При этом типе распада свободного нейтрона почти вся энергия распада нейтрона уносится антинейтрино (другое «тело»). (Атом водорода отскакивает со скоростью всего лишь около (энергия распада)/(энергия покоя водорода), умноженной на скорость света, или250 км/с .)

Нейтроны и протоны, связанные в ядре

Нейтроны являются необходимым компонентом любого атомного ядра, содержащего более одного протона. В результате их положительных зарядов взаимодействующие протоны имеют взаимное электромагнитное отталкивание , которое сильнее, чем их притягивающее ядерное взаимодействие , поэтому ядра, состоящие только из протонов, нестабильны (см. дипротонное и нейтронно-протонное отношение ). ^[32] Нейтроны связываются с протонами и друг с другом в ядре посредством ядерной силы , эффективно смягчая силы отталкивания между протонами и стабилизируя ядро. ^[19]^{: 461} Тяжелые ядра несут большой положительный заряд, поэтому для их стабильности требуются «дополнительные» нейтроны. ^[19]^{: 461}

В то время как свободный нейтрон нестабилен, а свободный протон стабилен, внутри ядер нейтроны часто стабильны, а протоны иногда нестабильны. Связанные внутри ядра, нуклоны могут распадаться в процессе бета-распада. Нейтроны и протоны в ядре образуют квантово-механическую систему в соответствии с моделью ядерных оболочек . Протоны и нейтроны нуклида организованы в дискретные иерархические уровни энергии с уникальными квантовыми числами . Распад нуклона внутри ядра может происходить, если это допускается основными законами сохранения энергии и квантово-механическими ограничениями. Продукты распада, то есть испускаемые частицы, уносят избыток энергии, когда нуклон падает из одного квантового состояния в состояние с меньшей энергией, в то время как нейтрон (или протон) меняется на протон (или нейтрон).

Для распада нейтрона полученному протону требуется доступное состояние с более низкой энергией, чем начальное 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 исключения Паули запрещает распад нейтрона на протон. ^[33]^{: §3.3} Ситуация похожа на ситуацию с электронами атома, где электроны, занимающие различные атомные орбитали , не могут из-за принципа исключения перейти в более низкие, уже занятые, энергетические состояния. ^[33]^{: §3.3} Устойчивость материи является следствием этих ограничений. ^[34]^[35]^[36]

Распад нейтрона внутри нуклида иллюстрируется распадом изотопа углерода углерод -14 , который имеет 6 протонов и 8 нейтронов. При избытке нейтронов этот изотоп распадается путем бета-распада до азота-14 (7 протонов, 7 нейтронов), процесс с периодом полураспада около5730 лет . ^[37] Азот-14 стабилен. ^[38]

Реакции "бета-распада" могут также происходить при захвате лептона нуклоном . Превращение протона в нейтрон внутри ядра возможно посредством электронного захвата : ^[39]

п + + е - \to н 0 + ν е

Более редкая реакция, обратный бета-распад , включает захват нейтрино нуклоном. ^[40] Еще реже захват позитрона нейтронами может происходить в высокотемпературной среде звезд. ^[41]

Конкуренция типов бета-распада

Три типа бета-распада в конкуренции иллюстрируются единственным изотопом меди-64 (29 протонов, 35 нейтронов), период полураспада которого составляет около 12,7 часов. ^[42] Этот изотоп имеет один неспаренный протон и один неспаренный нейтрон, поэтому либо протон, либо нейтрон могут распадаться. ^[43] Этот конкретный нуклид почти в равной степени склонен к протонному распаду (путем испускания позитронов , 18% или захвата электронов , 43%; оба образуют64Ни) или распад нейтрона (путем испускания электронов, 39%; образуя64Zn). ^[42]^[43]

Нейтрон в физике элементарных частиц - Стандартная модель

В рамках теоретической основы Стандартной модели физики элементарных частиц нейтрон состоит из двух нижних кварков с зарядом − ⁠1/3⁠ e и один верхний кварк с зарядом + ⁠2/3⁠ e . Таким образом, нейтрон является составной частицей, классифицируемой как адрон . Нейтрон также классифицируется как барион , поскольку он состоит из трех валентных кварков .^[44] Конечный размер нейтрона и его магнитный момент указывают на то, что нейтрон является составной , а не элементарной частицей.

Кварки нейтрона удерживаются вместе сильным взаимодействием , опосредованным глюонами . ^[45] Ядерное взаимодействие является результатом вторичных эффектов более фундаментального сильного взаимодействия .

Единственно возможный режим распада нейтрона, сохраняющий барионное число , — это когда один из кварков нейтрона меняет аромат посредством слабого взаимодействия . Распад одного из нижних кварков нейтрона на более легкий верхний кварк может быть достигнут путем испускания W-бозона . В этом процессе, описанном 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 посредством слабого взаимодействия. Распад одного из верхних кварков протона на нижний кварк может быть достигнут путем 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 необычайных достижениях в атомной физике, которые произошли в первой половине 20-го века, что в конечном итоге привело к созданию атомной бомбы в 1945 году. В модели Резерфорда 1911 года атом состоял из небольшого положительно заряженного массивного ядра, окруженного гораздо большим облаком отрицательно заряженных электронов. В 1920 году Эрнест Резерфорд предположил, что ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтрально заряженных частиц, предположительно протона и электрона, связанных каким-то образом. ^[46] Предполагалось, что электроны находятся внутри ядра, поскольку было известно, что бета-излучение состоит из электронов, испускаемых ядром. ^[46] Примерно в то время, когда Резерфорд предложил нейтральный состав протона и электрона, появилось несколько других публикаций, в которых высказывались аналогичные предположения, и в 1921 году американский химик У. Д. Харкинс впервые назвал гипотетическую частицу «нейтроном». ^[47]^[48] Название происходит от латинского корня neutralis (нейтральный) и греческого суффикса -on (суффикс, используемый в названиях субатомных частиц, т. е. электрона и протона ). ^[49]^[50] Однако ссылки на слово нейтрон в связи с атомом можно найти в литературе еще в 1899 году. ^[48]

На протяжении 1920-х годов физики предполагали, что атомное ядро состоит из протонов и «ядерных электронов», ^[51]^[52], но это вызывало очевидные проблемы. Было трудно согласовать протонно-электронную модель ядра с соотношением неопределенности Гейзенберга в квантовой механике. ^[53]^[54] Парадокс Клейна , ^[55] открытый Оскаром Клейном в 1928 году, представил дальнейшие квантово-механические возражения против понятия электрона, заключенного в ядре. ^[53] Наблюдаемые свойства атомов и молекул не соответствовали ядерному спину, ожидаемому из протонно-электронной гипотезы. Протоны и электроны оба несут внутренний спин ⁠1/2⁠ ħ , и изотопы одного и того же вида, как было обнаружено, имеют либо целый, либо дробный спин. Согласно гипотезе, изотопы должны были состоять из одинакового числа протонов, но разного числа нейтральных связанных протон+электрон «частиц». Эта физическая картина была противоречием, поскольку не существует способа расположить спины электрона и протона в связанном состоянии так, чтобы получить дробный спин.

В 1931 году Вальтер Боте и Герберт Беккер обнаружили, что если альфа-частичное излучение полония падает на бериллий , бор или литий , то возникает необычайно проникающее излучение. На излучение не влияет электрическое поле, поэтому Боте и Беккер предположили, что это гамма-излучение . ^[56]^[57] 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. ^[58] Ни Резерфорд, ни Джеймс Чедвик из Кавендишской лаборатории в Кембридже не были убеждены в интерпретации гамма-излучения. ^[59] Чедвик быстро провел серию экспериментов, которые показали, что новое излучение состоит из незаряженных частиц с примерно такой же массой, как у протона. ^[60]^[61]^[62] Эти свойства соответствовали гипотетическому нейтрону Резерфорда. Чедвик получил Нобелевскую премию по физике 1935 года за это открытие. ^[2]

Модели атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, были быстро разработаны Вернером Гейзенбергом ^[63]^[64]^[65] и другими. ^[66]^[67] Протон-нейтронная модель объяснила загадку ядерных спинов. Происхождение бета-излучения было объяснено Энрико Ферми в 1934 году процессом бета-распада , в котором нейтрон распадается на протон, создавая электрон и (в то время неоткрытый) нейтрино. ^[68] В 1935 году Чедвик и его аспирант Морис Гольдхабер сообщили о первом точном измерении массы нейтрона. ^[69]^[70]

К 1934 году Ферми бомбардировал более тяжелые элементы нейтронами, чтобы вызвать радиоактивность в элементах с высоким атомным числом. В 1938 году Ферми получил Нобелевскую премию по физике «за его демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, полученных путем нейтронного облучения, и за его связанное с этим открытие ядерных реакций, вызванных медленными нейтронами». ^[71] В декабре 1938 года Отто Ган , Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман открыли ядерное деление , или фракционирование ядер урана на более легкие элементы, вызванное нейтронной бомбардировкой. ^[72]^[73]^[74]^[75] В 1945 году Ган получил Нобелевскую премию по химии 1944 года «за открытие деления тяжелых атомных ядер». ^[76]^[77]^[78]

Открытие ядерного деления привело к развитию ядерной энергетики и атомной бомбы к концу Второй мировой войны. Было быстро понято, что если событие деления производит нейтроны, каждый из этих нейтронов может вызвать дальнейшие события деления в каскаде, известном как ядерная цепная реакция. ^[19]^{: 460–461}^[7] Эти события и открытия привели Ферми к строительству Чикагского котла-1 в Чикагском университете в 1942 году, первого самоподдерживающегося ядерного реактора . ^[79] Всего три года спустя Манхэттенский проект смог испытать первую атомную бомбу , ядерное испытание Тринити в июле 1945 года. ^[79]

Характеристики

Масса

Массу нейтрона нельзя определить напрямую с помощью масс-спектрометрии , поскольку он не имеет электрического заряда. Но поскольку массы протона и дейтрона можно измерить с помощью масс-спектрометра, массу нейтрона можно вывести, вычитая массу протона из массы дейтрона, причем разница будет равна массе нейтрона плюс энергия связи дейтерия (выраженная как положительная испускаемая энергия). Последняя может быть напрямую измерена путем измерения энергии ( ) одного $B_{d}$ Гамма-фотон с энергией 2,224 МэВ испускается при образовании дейтрона протоном, захватывающим нейтрон (это экзотермический процесс, происходящий с нейтронами с нулевой энергией). Необходимо также учитывать небольшую кинетическую энергию отдачи ( ) дейтрона (около 0,06% от полной энергии). $E_{rd}$

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

Энергию гамма-излучения можно измерить с высокой точностью с помощью методов рентгеновской дифракции, как это впервые сделали Белл и Эллиот в 1948 году. Лучшие современные (1986) значения массы нейтрона, полученные с помощью этого метода, предоставлены Грином и др. ^[80]. Они дают массу нейтрона:

м _{нейтрон} =1.008 644 904 (14) Да

Значение массы нейтрона в МэВ известно менее точно из-за меньшей точности известного преобразования ^Daв МэВ/ c2 : ^[33]^{: 18–19}

м _{нейтрон} =939,565 63 (28) МэВ / с2 .

Другой метод определения массы нейтрона основан на бета-распаде нейтрона, когда измеряются импульсы образовавшихся протона и электрона.

Вращаться

Нейтрон — это спин ⁠1/2⁠ частица, то есть это фермион с собственным угловым моментом, равным ⁠1/2⁠ $ħ$ , где $ħ$ — приведенная постоянная Планка . В течение многих лет после открытия нейтрона его точный спин был неоднозначным. Хотя предполагалось, что это спин ⁠1/2⁠ Частица Дирака , возможность того, что нейтрон был спином ⁠3/2⁠ частица задержалась. Взаимодействия магнитного момента нейтрона с внешним магнитным полем были использованы для окончательного определения спина нейтрона.^[81] В 1949 году Хьюз и Берджи измерили нейтроны, отраженные от ферромагнитного зеркала, и обнаружили, что угловое распределение отражений согласуется со спином ⁠1/2⁠ .^[82] В 1954 году Шервуд, Стефенсон и Бернстайн использовали нейтроны в эксперименте Штерна-Герлаха , который использовал магнитное поле для разделения спиновых состояний нейтрона. Они зарегистрировали два таких спиновых состояния, соответствующих спину ⁠1/2⁠ частица.^[81]^[83]

Как фермион, нейтрон подчиняется принципу исключения 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. ^[84]

Магнитный момент

Несмотря на то, что нейтрон является нейтральной частицей, магнитный момент нейтрона не равен нулю. На нейтрон не действуют электрические поля, но на него действуют магнитные поля. Значение магнитного момента нейтрона было впервые напрямую измерено Луисом Альваресом и Феликсом Блохом в Беркли, Калифорния , в 1940 году. ^[85] Альварес и Блох определили магнитный момент нейтрона как μ _n =−1,93(2) μ _N , где μ _N — ядерный магнетон . Магнитный момент нейтрона имеет отрицательное значение, поскольку его ориентация противоположна спину нейтрона.^[86]

Магнитный момент нейтрона является показателем его кварковой субструктуры и внутреннего распределения заряда. ^[87] В кварковой модели для адронов нейтрон состоит из одного верхнего кварка (заряд +2/3 e ) и двух нижних кварков (заряд −1/3 e ). ^[87] Магнитный момент нейтрона можно смоделировать как сумму магнитных моментов составляющих его кварков. ^[88] 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 трех магнитных моментов кварков плюс орбитальные магнитные моменты, вызванные движением трех заряженных кварков внутри нейтрона.

В одном из ранних успехов Стандартной модели в 1964 году Мирза А. Б. Бег, Бенджамин В. Ли и Авраам Пайс вычислили отношение магнитных моментов протона к нейтрону, которое составило −3/2 (или отношение −1,5), что согласуется с экспериментальным значением с точностью до 3%. ^[89]^[90]^[91] Измеренное значение этого отношения равно−1,459 898 05 (34) . ^[4]

Приведенное выше рассмотрение сравнивает нейтроны с протонами, позволяя вычитать сложное поведение кварков между моделями и просто исследуя, какие эффекты будут иметь различные заряды кварков (или типы кварков). Таких расчетов достаточно, чтобы показать, что внутренняя часть нейтронов очень похожа на внутреннюю часть протонов, за исключением разницы в составе кварков, когда нижний кварк в нейтроне заменяет верхний кварк в протоне.

Магнитный момент нейтрона можно грубо вычислить, предположив простую нерелятивистскую квантово-механическую волновую функцию для барионов, состоящую из трех кварков. Прямой расчет дает довольно точные оценки магнитных моментов нейтронов, протонов и других барионов. ^[88] Для нейтрона результатом этого расчета является то, что магнитный момент нейтрона определяется как μ _n = 4/3 μ _d − 1/3 μ _u , где μ _d и μ _u — магнитные моменты для нижнего и верхнего кварков 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 или нижних кварков предполагались равными 1/3 массы нуклона. ^[88] Массы кварков на самом деле составляют всего около 1% от массы нуклона. ^[92] Расхождение возникает из-за сложности Стандартной модели для нуклонов, где большая часть их массы возникает в глюонных полях, виртуальных частицах и связанной с ними энергии, которые являются существенными аспектами сильного взаимодействия . ^[92]^[93] Кроме того, сложная система кварков и глюонов, составляющих нейтрон, требует релятивистского подхода. ^[94] Но магнитный момент нуклона был успешно вычислен численно из первых принципов , включая все упомянутые эффекты и используя более реалистичные значения для масс кварков. Расчет дал результаты, которые хорошо согласуются с измерениями, но это потребовало значительных вычислительных ресурсов. ^[95]^[96]

Электрический заряд

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

Структура и геометрия распределения заряда

Статья, опубликованная в 2007 году, в которой представлен независимый от модели анализ, пришла к выводу, что нейтрон имеет отрицательно заряженную внешнюю часть, положительно заряженную середину и отрицательное ядро. ^[97] 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 посредством ядерной силы , которая не включает в себя электрический заряд.

Упрощенный классический взгляд на распределение заряда нейтрона также «объясняет» тот факт, что магнитный диполь нейтрона указывает в противоположном направлении от его спинового вектора углового момента (по сравнению с протоном). Это дает нейтрону, по сути, магнитный момент, который напоминает 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 находятся ближе к ядру.

Электрический дипольный момент

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает крошечное разделение положительного и отрицательного заряда внутри нейтрона, приводящее к постоянному электрическому дипольному моменту . ^[98] Но предсказанное значение значительно ниже текущей чувствительности экспериментов. Из нескольких нерешенных головоломок в физике элементарных частиц 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 большим предсказаниям для электрического дипольного момента нейтрона. В настоящее время существует по крайней мере четыре эксперимента, пытающихся впервые измерить конечный электрический дипольный момент нейтрона, включая:

Эксперимент по криогенному нейтронному ЭДМ проводится в Институте Лауэ-Ланжевена ^[99]
Эксперимент n2EDM в стадии разработки на источнике UCN в Институте Пауля Шеррера ^[100]
Эксперимент nEDM планируется провести на источнике нейтронов расщепления ^[101]^[102]
Эксперимент nEDM строится в Институте Лауэ-Ланжевена ^[103]

Антинейтрон

Антинейтрон — античастица нейтрона. Он был открыт Брюсом Корком в 1956 году, через год после открытия антипротона . CPT-симметрия накладывает жесткие ограничения на относительные свойства частиц и античастиц, поэтому изучение антинейтронов обеспечивает строгие проверки CPT-симметрии. Дробная разница в массах нейтрона и антинейтрона равна(9 ± 6) × 10 ⁻⁵ . Поскольку разница составляет всего около двух стандартных отклонений от нуля, это не дает никаких убедительных доказательств нарушения CPT. ^[104]

Нейтронные соединения

Динейтроны и тетранейтроны

Динейтрон считается несвязанным изотопом со временем жизни около 10 ^-22 секунд. Первое доказательство этого состояния было сообщено Хэддоком и др. в 1965 году. ^[105]^{: 275} В 2012 году Артемис Спироу из Мичиганского государственного университета и его коллеги сообщили, что они впервые наблюдали прямую эмиссию динейтрона при распаде ¹⁶ Be. Характер динейтрона подтверждается малым углом эмиссии между двумя нейтронами. Авторы измерили энергию разделения двух нейтронов, которая составила 1,35(10) МэВ, что хорошо согласуется с расчетами оболочечной модели, используя стандартные взаимодействия для этой области масс. ^[106]

Доказательства существования несвязанных кластеров из 4 нейтронов или тетранейтронов в качестве резонансов при распаде ядер бериллия -14 ^[107] во взаимодействиях ⁸ He- ⁸ Be ^[108] и столкновениях ядер ⁴ He дают предполагаемое время жизни около 10-22 ^секунд . ^[109] Эти открытия должны углубить наше понимание ядерных сил. ^[110]^[111]

Нейтронные звезды и нейтронная материя

При чрезвычайно высоких давлениях и температурах нуклоны и электроны, как полагают, коллапсируют в объемную нейтронную материю, называемую нейтронной материей . Предполагается, что это происходит в нейтронных звездах . ^[112]

Экстремальное давление внутри нейтронной звезды может деформировать нейтроны в кубическую симметрию, что позволяет более плотную упаковку нейтронов. ^[113]

Обнаружение

Обычные способы обнаружения заряженной частицы путем поиска следа ионизации (например, в камере Вильсона ) не работают для нейтронов напрямую. Нейтроны, которые упруго рассеиваются на атомах, могут создавать ионизационный след, который можно обнаружить, но эксперименты не так просты в проведении; другие способы обнаружения нейтронов, состоящие в том, чтобы позволить им взаимодействовать с атомными ядрами, используются чаще. Поэтому обычно используемые методы обнаружения нейтронов можно классифицировать в соответствии с ядерными процессами, на которые они опираются, в основном захват нейтронов или упругое рассеяние . ^[114]

Обнаружение нейтронов методом нейтронного захвата

Распространенный метод обнаружения нейтронов заключается в преобразовании энергии, выделяющейся в реакциях захвата нейтронов , в электрические сигналы. Некоторые нуклиды имеют высокое сечение захвата нейтронов , которое является вероятностью поглощения нейтрона. При захвате нейтронов составное ядро испускает более легко обнаруживаемое излучение, например, альфа-частицу, которая затем обнаруживается. Нуклиды³
Он
,⁶
Ли
,¹⁰
Б
,²³³
У
,²³⁵
У
,²³⁷
Нп
, и²³⁹
Пу
полезны для этой цели.

Обнаружение нейтронов методом упругого рассеяния

Нейтроны могут упруго рассеиваться от ядер, заставляя пораженное ядро отскакивать. Кинематически нейтрон может передавать больше энергии легкому ядру, такому как водород или гелий, чем более тяжелому ядру. Детекторы, полагающиеся на упругое рассеяние, называются детекторами быстрых нейтронов. Отскакивающие ядра могут ионизировать и возбуждать дополнительные атомы посредством столкновений. Заряд и/или сцинтилляционный свет, произведенный таким образом, можно собрать для получения обнаруженного сигнала. Основной проблемой при обнаружении быстрых нейтронов является различение таких сигналов от ошибочных сигналов, произведенных гамма-излучением в том же детекторе. Такие методы, как дискриминация формы импульса, могут использоваться для различения нейтронных сигналов от сигналов гамма-излучения, хотя были разработаны некоторые детекторы на основе неорганических сцинтилляторов ^[115]^[116] для избирательного обнаружения нейтронов в смешанных полях излучения по своей сути без каких-либо дополнительных методов.

Детекторы быстрых нейтронов имеют то преимущество, что им не требуется замедлитель, и поэтому они 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 все еще составляет всего около 10 минут, поэтому их можно получить только из источников, которые производят их непрерывно.

Естественный нейтронный фон. Небольшой естественный фоновый поток свободных нейтронов существует повсюду на Земле. ^[117] В атмосфере и глубоко в океане «нейтронный фон» вызван мюонами , образующимися при взаимодействии космических лучей с атмосферой. Эти высокоэнергетические мюоны способны проникать на значительные глубины в воду и почву. Там, при столкновении с атомными ядрами, среди прочих реакций они вызывают реакции скалывания, в которых нейтрон освобождается из ядра. В земной коре вторым источником являются нейтроны, образующиеся в основном при спонтанном делении урана и тория, присутствующих в минералах земной коры. Нейтронный фон недостаточно силен, чтобы представлять биологическую опасность, но он важен для детекторов частиц с очень высоким разрешением, которые ищут очень редкие события, такие как (предполагаемые) взаимодействия, которые могут быть вызваны частицами темной материи . ^[117] Недавние исследования показали, что даже грозы могут производить нейтроны с энергией до нескольких десятков МэВ. ^[118] Недавние исследования показали, что флюенс этих нейтронов лежит между 10−9 ^и 10−13 ^на мс и на м2 ^в зависимости от высоты обнаружения. Энергия большинства этих нейтронов, даже при начальных энергиях 20 МэВ, уменьшается до диапазона кэВ в течение 1 мс. ^[119]

Еще более сильное фоновое нейтронное излучение создается на поверхности Марса, где атмосфера достаточно плотная, чтобы генерировать нейтроны из-за образования мюонов космических лучей и расщепления нейтронов, но недостаточно плотная, чтобы обеспечить существенную защиту от произведенных 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 отраженному нейтронному излучению, проникающему вверх в марсианский корабль или среду обитания с пола. ^[120]

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, и 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 от распада целевых ядер. Небольшие (настольные) ускорители частиц, оптимизированные для получения свободных нейтронов таким образом, называются нейтронными генераторами .

На практике наиболее часто используемые небольшие лабораторные источники нейтронов используют радиоактивный распад для питания производства нейтронов. Один из отмеченных нейтронов, радиоизотопов , калифорний -252, распадается (период полураспада 2,65 года) путем спонтанного деления в 3% случаев с образованием 3,7 нейтронов на деление и используется отдельно в качестве источника нейтронов из этого процесса. Источники ядерной реакции (которые включают два материала), работающие на радиоизотопах, используют источник альфа-распада плюс бериллиевую мишень или источник высокоэнергетического гамма-излучения из источника, который подвергается бета-распаду с последующим гамма-распадом , который производит фотонейтроны при взаимодействии высокоэнергетического гамма-излучения с обычным стабильным бериллием или же 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) путем ее активации нейтронами в ядерном реакторе, а затем транспортировать туда, где необходим источник нейтронов. ^[121]

Ядерные реакторы деления естественным образом производят свободные нейтроны; их роль заключается в поддержании цепной реакции , производящей энергию . Интенсивное нейтронное излучение также может быть использовано для производства различных радиоизотопов посредством процесса активации нейтронов , который является типом захвата нейтронов .

Экспериментальные ядерные реакторы синтеза 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, которые генерируют нейтроны, вероятно, создают радиоактивные отходы, но отходы состоят из активированных нейтронами более легких изотопов, которые имеют относительно короткие (50–100 лет) периоды распада по сравнению с типичными периодами полураспада в 10 000 лет ^[122] для отходов деления, которые являются длительными в первую очередь из-за длительного периода полураспада альфа-излучающих трансурановых актинидов. ^[123] Предлагается использовать некоторые гибриды ядерного синтеза и деления для использования этих нейтронов либо для поддержания подкритического реактора , либо для содействия ядерной трансмутации вредных долгоживущих ядерных отходов в более короткоживущие или стабильные нуклиды.

Нейтронные пучки и модификация пучков после производства

Свободные нейтронные пучки получаются из нейтронных источников путем транспортировки нейтронов . Для доступа к интенсивным нейтронным источникам исследователи должны отправиться на специализированную нейтронную установку , которая управляет исследовательским реактором или источником расщепления .

Отсутствие у нейтрона полного электрического заряда затрудняет управление или ускорение. Заряженные частицы могут быть ускорены, замедлены или отклонены электрическими или магнитными полями . Эти методы оказывают небольшое влияние на нейтроны. Но некоторые эффекты могут быть достигнуты с помощью неоднородных магнитных полей из-за магнитного момента нейтрона . Нейтронами можно управлять с помощью методов, которые включают замедление , отражение и выбор скорости . Тепловые нейтроны могут быть поляризованы путем пропускания через магнитные материалы методом, аналогичным эффекту Фарадея для фотонов . Холодные нейтроны с длиной волны 6–7 ангстрем могут быть получены в пучках с высокой степенью поляризации с помощью магнитных зеркал и намагниченных интерференционных фильтров. ^[124]

Приложения

Нейтрон играет важную роль во многих ядерных реакциях. Например, захват нейтрона часто приводит к активации нейтрона , вызывая радиоактивность . В частности, знание нейтронов и их поведения было важно 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 вустановках нейтронного рассеяния для нейтронной дифракции , малоуглового рассеяния нейтронов и нейтронной рефлектометрии . Медленные нейтронные материальные волны проявляют свойства, аналогичные геометрической и волновой оптике света, включая отражение, преломление, дифракцию и интерференцию.^[125] Нейтроны дополняют рентгеновские лучи с точки зрения атомных контрастов за счет различных сечений рассеяния ; чувствительности к магнетизму; энергетического диапазона для неупругой нейтронной спектроскопии; и глубокого проникновения в вещество.

Разработка «нейтронных линз», основанных на полном внутреннем отражении в полых стеклянных капиллярных трубках или на отражении от ямчатых алюминиевых пластин, послужила толчком к продолжающимся исследованиям в области нейтронной микроскопии и нейтронной/гамма-томографии. ^[126]^[127]^[128]^[129]

Основное применение нейтронов — возбуждение задержанных и быстрых гамма-лучей из элементов в материалах. Это лежит в основе нейтронно-активационного анализа (NAA) и нейтронно-активационного анализа с быстрыми гамма-нейтронами (PGNAA). NAA чаще всего используется для анализа небольших образцов материалов в ядерном реакторе , в то время как PGNAA чаще всего используется для анализа подземных пород вокруг скважин и промышленных сыпучих материалов на конвейерных лентах.

Другое применение нейтронных излучателей — 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 определять содержание воды в почве.

Медицинская терапия

Поскольку нейтронное излучение является как проникающим, так и ионизирующим, его можно использовать для медицинских целей. Однако нейтронное излучение может иметь неприятный побочный эффект, оставляя пораженную область радиоактивной. Поэтому нейтронная томография не является жизнеспособным медицинским применением.

Терапия быстрыми нейтронами использует высокоэнергетические нейтроны, как правило, более 20 МэВ, для лечения рака. Лучевая терапия рака основана на биологической реакции клеток на ионизирующее излучение. Если излучение доставляется небольшими сеансами для повреждения раковых областей, нормальная ткань успеет восстановиться, в то время как опухолевые клетки часто не могут. ^[130] Нейтронное излучение может доставлять энергию в раковую область со скоростью, на порядок большей, чем гамма-излучение . ^[131]

Пучки низкоэнергетических нейтронов используются в бор-нейтронной захватной терапии для лечения рака. В бор-нейтронной захватной терапии пациенту вводят препарат, содержащий бор, который преимущественно накапливается в опухоли, на которую нацеливают. Затем опухоль бомбардируют очень низкоэнергетическими нейтронами (хотя часто с более высокой, чем тепловая энергия), которые захватываются изотопом бора-10 в боре, что создает возбужденное состояние бора-11, который затем распадается с образованием лития-7 и альфа-частицы , которые имеют достаточную энергию, чтобы убить злокачественную клетку, но недостаточный диапазон, чтобы повредить близлежащие клетки. Для применения такой терапии для лечения рака предпочтителен источник нейтронов с интенсивностью 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 нарушение молекул и атомов , а также может вызвать реакции, которые приводят к другим формам излучения (например, протонов). ^[7] Применяются обычные меры предосторожности радиационной защиты: избегайте воздействия, держитесь как можно дальше от источника и сводите время воздействия к минимуму. Но следует особо подумать о том, как защититься от воздействия нейтронов. 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 прямолинейно с атомным номером, как это происходит с альфа-, бета- и гамма-излучением. Вместо этого нужно рассмотреть конкретные взаимодействия нейтронов с веществом (см. раздел об обнаружении выше). Например, богатые водородом материалы часто используются для защиты от нейтронов, поскольку обычный водород и рассеивает, и замедляет нейтроны. Это часто означает, что простые бетонные блоки или даже парафинированные пластиковые блоки обеспечивают лучшую защиту от нейтронов, чем гораздо более плотные материалы. После замедления нейтроны могут быть поглощены изотопом, который имеет высокое сродство к медленным нейтронам, не вызывая вторичного захватного излучения, например, литий-6.

Обычная вода, богатая водородом, влияет на поглощение нейтронов в ядерных реакторах деления: Обычно нейтроны так сильно поглощаются обычной водой, что требуется обогащение топлива делящимся изотопом. (Число нейтронов, производимых за одно деление, зависит в первую очередь от продуктов деления. Среднее значение составляет примерно от 2,5 до 3,0, и по крайней мере один в среднем должен избежать захвата, чтобы поддерживать ядерную цепную реакцию .) Дейтерий в тяжелой воде имеет гораздо более низкое сродство к поглощению нейтронов, чем протий (обычный легкий водород). Поэтому дейтерий используется в реакторах типа CANDU , чтобы замедлить ( умерить ) скорость нейтронов, чтобы увеличить вероятность ядерного деления по сравнению с захватом нейтронов .

Температура нейтронов

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 или медианную) скорость 2,2 км/с. Название «тепловые» происходит от их энергии, которая соответствует энергии газа или материала при комнатной температуре, через которые они проходят. (см. кинетическую теорию для получения информации об энергиях и скоростях молекул). После ряда столкновений (часто в диапазоне 10–20) с ядрами нейтроны достигают этого энергетического уровня, при условии, что они не поглощаются.

Во многих веществах реакции с участием тепловых нейтронов показывают гораздо большее эффективное сечение, чем реакции с участием более быстрых нейтронов, и поэтому тепловые нейтроны могут легче поглощаться (т. е. с большей вероятностью) любыми атомными ядрами , с которыми они сталкиваются, создавая в результате более тяжелый — и часто нестабильный — изотоп химического элемента .

Большинство реакторов деления используют замедлитель нейтронов для замедления или термализации нейтронов, которые испускаются при ядерном делении , чтобы их было легче захватывать, вызывая дальнейшее деление. Другие, называемые реакторами- размножителями на быстрых нейтронах , используют энергию деления нейтронов напрямую.

Холодные нейтроны

Холодные нейтроны — это тепловые нейтроны, которые были уравновешены в очень холодном веществе, таком как жидкий дейтерий . Такой холодный источник помещается в замедлитель исследовательского реактора или источника расщепления. Холодные нейтроны особенно ценны для экспериментов по рассеянию нейтронов . ^[132]

Использование холодных и очень холодных нейтронов (VCN) было немного ограничено по сравнению с использованием тепловых нейтронов из-за относительно более низкого потока и отсутствия оптических компонентов. Однако были предложены инновационные решения, чтобы предоставить больше возможностей научному сообществу для содействия использованию VCN. ^[133]^[134]

Ультрахолодные нейтроны

Ультрахолодные нейтроны производятся путем неупругого рассеяния холодных нейтронов в веществах с низким сечением поглощения нейтронов при температуре в несколько градусов Кельвина, таких как твердый дейтерий ^[135] или сверхтекучий гелий . ^[136] Альтернативным методом производства является механическое замедление холодных нейтронов с использованием доплеровского сдвига. ^[137]^[138]

Энергия деления нейтронов

Быстрый нейтрон — это свободный нейтрон с уровнем кинетической энергии, близким к1 МэВ (1,6 × 10−13 Дж ), следовательно ^, скорость ~14 000 км/с (~ 5% от скорости света). Их называют энергией деления или быстрыми нейтронами, чтобы отличать их от тепловых нейтронов с более низкой энергией и нейтронов высокой энергии, образующихся в космических ливнях или ускорителях. Быстрые нейтроны производятся ядерными процессами, такими как ядерное деление . Нейтроны, образующиеся при делении, как отмечено 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 подпадают под определение быстрых (и, таким образом, практически не имеют шансов инициировать деление в воспроизводящих материалах , таких как ²³⁸ U и ²³² Th).

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

Нейтроны термоядерного синтеза

Синтез D–T ( дейтерий - тритий ) — это реакция синтеза , которая производит самые энергичные нейтроны с кинетической энергией 14,1 МэВ и скоростью 17% от скорости света . Синтез D–T также является самой простой для зажигания реакцией синтеза, достигая почти пиковых скоростей, даже когда ядра дейтерия и трития имеют лишь одну тысячную от кинетической энергии 14,1 МэВ, которые будут произведены.

Нейтроны с энергией 14,1 МэВ имеют примерно в 10 раз больше энергии, чем нейтроны деления, и они очень эффективны при делении даже неделящихся тяжелых ядер . Эти высокоэнергетические деления также производят в среднем больше нейтронов, чем деления нейтронами с более низкой энергией. Источники нейтронов термоядерного синтеза D–T, такие как предлагаемые энергетические реакторы токамаки , поэтому полезны для трансмутации трансурановых отходов. Нейтроны с энергией 14,1 МэВ также могут производить нейтроны, выбивая их из ядер .

С другой стороны, эти очень высокоэнергетические нейтроны с меньшей вероятностью будут просто захвачены, не вызывая деления или расщепления . По этим причинам в конструкции ядерного оружия широко используются нейтроны D–T-синтеза 14,1 МэВ, чтобы вызвать больше деления . Нейтроны синтеза способны вызывать деление в обычно неделящихся материалах, таких как обедненный уран (уран-238), и эти материалы использовались в оболочках термоядерного оружия . Нейтроны синтеза также могут вызывать деление в веществах, которые непригодны или трудно превращаются в первичные бомбы деления, такие как плутоний реакторного качества . Таким образом, этот физический факт приводит к тому, что обычные материалы неоружейного качества становятся предметом беспокойства в определенных дискуссиях и договорах о ядерном распространении .

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

Нейтроны промежуточных энергий

Поток трансмутации в легководном реакторе , который является реактором теплового спектра.

Нейтрон, энергия которого снизилась, но еще не достигла тепловой энергии, называется эпитепловым нейтроном.

Сечения как для реакций захвата , так и для реакций деления часто имеют несколько резонансных пиков при определенных энергиях в эпитермическом 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 эпитепловые нейтроны взаимодействуют в основном с ядрами замедлителя, а не с делящимися или воспроизводящими актинидными нуклидами. Но в частично замедлившемся реакторе с большим количеством взаимодействий эпитепловых нейтронов с ядрами тяжелых металлов существуют большие возможности для переходных изменений реактивности , которые могут затруднить управление реактором.

Соотношения реакций захвата к реакциям деления также хуже (больше захватов без деления) в большинстве видов ядерного топлива, таких как плутоний-239 , что делает реакторы с эпитермическим спектром, использующие это топливо, менее желательными, поскольку захваты не только тратят один захваченный нейтрон, но и обычно приводят к нуклиду , который не делится тепловыми или эпитепловыми нейтронами, хотя все еще делится быстрыми нейтронами. Исключением является уран-233 ториевого цикла , который имеет хорошие соотношения захвата и деления при всех энергиях нейтронов.

Нейтроны высокой энергии

Высокоэнергетические нейтроны имеют гораздо большую энергию, чем нейтроны деления, и генерируются как вторичные частицы ускорителями частиц или в атмосфере из космических лучей . Эти высокоэнергетические нейтроны чрезвычайно эффективны при ионизации и с гораздо большей вероятностью вызывают гибель клеток , чем рентгеновские лучи или протоны. ^[139]^[140]

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме Нейтроны .

Источники нейтронов

Процессы с участием нейтронов

Ссылки

^ Эрнест Резерфорд Архивировано 2011-08-03 в Wayback Machine . Chemed.chem.purdue.edu. Получено 2012-08-16.
^ ab 1935 Нобелевская премия по физике Архивировано 2017-10-03 на Wayback Machine . Nobelprize.org. Получено 2012-08-16.
^ ab "Рекомендуемые значения CODATA 2018" https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html Архивировано 22.01.2018 на Wayback Machine
^ abcdef Mohr, PJ; Taylor, BN и Newell, DB (2014), "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants" Архивировано 2013-10-09 на Wayback Machine (Web Version 7.0). База данных была разработана J. Baker, M. Douma и S. Kotochigova . (2014). Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсберг, Мэриленд 20899.
^ Zyla, PA (2020). "n MEAN LIFE". PDG Live: 2020 Review of Particle Physics . Particle Data Group. Архивировано из оригинала 17 января 2021 г. Получено 25 февраля 2021 г.
^ ab Olive, KA; (Particle Data Group); et al. (2014). "Обзор физики элементарных частиц" (PDF) . Chinese Physics C . 38 (9): 1–708. arXiv : 1412.1408 . Bibcode :2014ChPhC..38i0001O. doi :10.1088/1674-1137/38/9/090001. PMID 10020536. S2CID 118395784. Архивировано (PDF) из оригинала 2020-06-01 . Получено 2017-10-26 .
^ abcdefghijk Гласстон, Сэмюэл; Долан, Филип Дж., ред. (1977), Эффекты ядерного оружия (3-е изд.), Министерство обороны США и Управление по исследованиям и разработкам в области энергетики, Типография правительства США, ISBN 978-1-60322-016-3
^ ab Brucer, Marshall (1978). «Ядерная медицина начинается с удава» (PDF) . J. Nuclear Medicine . 19 (6): 581–598. PMID 351151. Архивировано (PDF) из оригинала 2019-05-09 . Получено 2024-05-01 .
^ Giancoli, Douglas C. (1984). Общая физика. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 978-0-13-350884-0. OCLC 1033640549.
^ Стоун, Р. (1997). «Элемент стабильности». Science . 278 (5338): 571–572. Bibcode :1997Sci...278..571S. doi :10.1126/science.278.5338.571. S2CID 117946028.
↑ Nudat 2 Архивировано 17 августа 2009 г. на Wayback Machine . Nndc.bnl.gov. Получено 04 декабря 2010 г.
^ Томас, AW; Вайзе, В. (2001), Структура нуклона , Wiley-WCH, Берлин, ISBN 978-3-527-40297-7
^ Грейнер, В.; Мюллер, Б. (1994). Квантовая механика: Симметрии (2-е изд.). Springer. стр. 279. ISBN 978-3540580805.
^ ab "Ядерная энергия". Физика 250: Современная физика . Кафедра физики и астрономии Университета Теннесси. Архивировано из оригинала 20 февраля 2020 года . Получено 1 мая 2024 года .
^ Масса 0,57 кг расщепляемого материала, например урана-235, может высвободить количество энергии, эквивалентное 10 метрическим килотоннам тротила. Таким образом, расщепляемый материал имеет плотность энергии примерно в 10 ⁷ больше, чем это обычное взрывчатое вещество.
^ Basdevant, J.-L.; Rich, J.; Spiro, M. (2005). Основы ядерной физики: от структуры ядра до космологии . Springer . ISBN 978-0-387-01672-6.
^ ab Loveland, WD (2005). Современная ядерная химия. Wiley . стр. 199. ISBN 978-0-471-11532-8. Архивировано из оригинала 2024-05-01 . Получено 2024-05-01 .
^ Сводная таблица данных группы данных о частицах по барионам. Архивировано 10 сентября 2011 г. на Wayback Machine . lbl.gov (2007). Получено 16 августа 2012 г.
^ abcd Авраам Пайс (1991). Времена Нильса Бора: в физике, философии и политике . Oxford University Press. ISBN 0-19-852049-2.
^ Povh, B.; Rith, K.; Scholz, C.; Zetsche, F. (2002). Частицы и ядра: Введение в физические концепции . Берлин: Springer-Verlag. стр. 73. ISBN 978-3-540-43823-6.
^ Basdevant, J.-L.; Rich, J.; Spiro, M. (2005). Основы ядерной физики . Springer . стр. 155. ISBN 978-0-387-01672-6.
^ Аримото, Y.; Гельтенборт, S.; и др. (2012). "Демонстрация фокусировки нейтронным ускорителем" . Physical Review A. 86 ( 2): 023843. Bibcode : 2012PhRvA..86b3843A. doi : 10.1103/PhysRevA.86.023843. Архивировано из оригинала 18 января 2015 г. Получено 9 мая 2015 г.
^ Оку, Т.; Сузуки, Дж.; и др. (2007). «Высокополяризованный холодный нейтронный пучок, полученный с помощью квадрупольного магнита». Physica B. 397 ( 1–2): 188–191. Bibcode : 2007PhyB..397..188O. doi : 10.1016/j.physb.2007.02.055.
^ RL Workman et al. (Particle Data Group), Prog.Theor.Exp.Phys. 2022, 083C01 (2022) и обновление 2023 года. https://pdg.lbl.gov/2023/listings/rpp2023-list-n.pdf Архивировано 25 сентября 2023 года на Wayback Machine . Дает значение 878,4 ± 0,5 с; период полураспада не указан.
^ ab Byrne, J (2003-12-09). "Обзор распада нейтрона". В Abele, Hartmut; Mund, Daniela (ред.). Смешивание кварков, CKM-унитарность . arXiv : hep-ph/0312124 .
^ Wietfeldt, Fred E.; Greene, Geoffrey L. (2011-11-03). «Colloquium: The neutron life». Reviews of Modern Physics . 83 (4): 1173–1192. Bibcode : 2011RvMP...83.1173W. doi : 10.1103/RevModPhys.83.1173. ISSN 0034-6861.
^ Wolchover, Natalie (13 февраля 2018 г.). «Загадка времени жизни нейтрона углубляется, но темная материя не обнаружена». Quanta Magazine . Архивировано из оригинала 30 июля 2018 г. Получено 31 июля 2018 г.
^ «Как долго живет нейтрон?». Калифорнийский технологический институт . 2021-10-13. Архивировано из оригинала 2021-10-13 . Получено 2021-10-14 .
^ Сотрудничество UCNτ; Гонсалес, FM; Фрайс, EM; Кьюд-Вудс, C.; Бейли, T.; Блатник, M.; Бруссард, LJ; Каллахан, NB; Чой, JH; Клейтон, SM; Карри, SA (2021-10-13). "Улучшенное измерение времени жизни нейтрона с помощью UCNτ". Physical Review Letters . 127 (16): 162501. arXiv : 2106.10375 . Bibcode : 2021PhRvL.127p2501G. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.162501. PMID 34723594. S2CID 235490073. Архивировано из оригинала 2024-04-01 . Получено 2024-04-01 .
^ Аноним (2013-11-27). "Расхождение во времени жизни нейтрона все еще не решено". Physics . 6 . Bibcode :2013PhyOJ...6S.150.. doi :10.1103/Physics.6.s150. Архивировано из оригинала 2023-08-18 . Получено 2024-04-01 .
^ ab Фишер, Б. М.; и др. (2005). «Обнаружение режима радиационного распада нейтрона». J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol . 110 (4): 421–425. doi :10.6028/jres.110.064. PMC 4852828 . PMID 27308161.
^ Открытие нейтронов сэром Джеймсом Чедвиком. Архивировано 26 октября 2011 г. на Wayback Machine . ANS Nuclear Cafe. Получено 16 августа 2012 г.
^ abc Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383
^ Дайсон, Ф. Дж.; Ленард, А. (1967). «Устойчивость материи. I». Журнал математической физики . 8 (3): 423–434. Bibcode : 1967JMP.....8..423D. doi : 10.1063/1.1705209.
^ Дайсон, Ф. Дж.; Ленард, А. (1968). «Устойчивость материи. II». Журнал математической физики . 9 (5): 698–711. Bibcode : 1968JMP.....9..698L. doi : 10.1063/1.1664631.
^ Болл, Филип (17 февраля 2021 г.). «Почему материя стабильна?». Chemistry World . Архивировано из оригинала 8 мая 2024 г. Получено 8 мая 2024 г.
^ Макки, Робин (10 августа 2019 г.). «„Возможно, самый важный изотоп“: как углерод-14 произвел революцию в науке». The Guardian . Получено 8 мая 2024 г. .
^ "Близкие контакты (космического рода)". PBS: Nova Online . 10 августа 2019 г. Получено 8 мая 2024 г.
^ Cottingham, WN; Greenwood, DA (1986). Введение в ядерную физику. Cambridge University Press . стр. 40. ISBN 978-0-521-31960-7.
^ "Эксперименты Рейнса-Коуэна: обнаружение полтергейста" (PDF) . Los Alamos Science . 25 : 3. 1997. Архивировано (PDF) из оригинала 2013-02-21 . Получено 2024-05-09 .
^ Фаулер, WA (1984). «Поиск происхождения элементов». Science . 226 (4677): 922–935. Bibcode :1984Sci...226..922F. doi :10.1126/science.226.4677.922. PMID 17737334.
^ ab Атомные и ядерные данные: Глава 12 Cu-64 Архивировано 02.05.2024 в Wayback Machine Laboratoire National Henri Becquerel, 2011. Получено 01.05.2024.
^ ab Gilbert, Thomas R. "Problem 20: Copper-64 is an unusual radionuclide". Chemistry The Science in Context . Vaia. Архивировано из оригинала 2 мая 2024 г. Получено 2 мая 2024 г.
^ Адэр, Р. К. (1989). Великий замысел: частицы, поля и творение . Oxford University Press . стр. 214. Bibcode : 1988gdpf.book.....A.
^ Коттингем, WN; Гринвуд, DA (1986). Введение в ядерную физику . Cambridge University Press . ISBN 9780521657334.
^ ab Резерфорд, Э. (1920). «Ядерное строение атомов». Труды Королевского общества A. 97 ( 686): 374–400. Bibcode :1920RSPSA..97..374R. doi : 10.1098/rspa.1920.0040 .
^ Харкинс, Уильям (1921). «Состав и устойчивость атомных ядер. (Вклад в тему неорганической эволюции.)». Philos. Mag . 42 (249): 305. doi :10.1080/14786442108633770.
^ ab Feather, N. (1960). "История нейтронов и ядер. Часть 1". Contemporary Physics . 1 (3): 191–203. Bibcode : 1960ConPh...1..191F. doi : 10.1080/00107516008202611.
^ 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.
^ Хендри, Джон, ред. (1984). Кембриджская физика в тридцатые годы . Бристоль: Адам Хильгер. ISBN 978-0852747612.
^ Браун, Лори М. (1978). «Идея нейтрино». Physics Today . 31 (9): 23–28. Bibcode : 1978PhT....31i..23B. doi : 10.1063/1.2995181. S2CID 121080564.
^ Фридлендер Г., Кеннеди Дж. В. и Миллер Дж. М. (1964) Ядерная и радиохимия (2-е издание), Wiley, стр. 22–23 и 38–39
^ ab Stuewer, Roger H. (1985). "Нильс Бор и ядерная физика". На французском языке, AP; Kennedy, PJ (ред.). Niels Bohr: A Centenary Volume . Harvard University Press. стр. 197–220. ISBN 978-0674624160.
^ Пайс, Абрахам (1986). Inward Bound . Оксфорд: Oxford University Press. стр. 299. ISBN 978-0198519973.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ Браун, Эндрю (1997). Нейтрон и бомба: биография сэра Джеймса Чедвика . Oxford University Press . ISBN 978-0-19-853992-6.
^ Чедвик, Джеймс (1932). "Возможное существование нейтрона" (PDF) . Nature . 129 (3252): 312. Bibcode :1932Natur.129Q.312C. doi :10.1038/129312a0. S2CID 4076465. Архивировано (PDF) из оригинала 2024-02-08 . Получено 2023-12-13 .
^ «На вершине физической волны: Резерфорд вернулся в Кембридж, 1919–1937». Ядерный мир Резерфорда . Американский институт физики. 2011–2014. Архивировано из оригинала 21 октября 2014 года . Получено 19 августа 2014 года .
^ Чедвик, Дж. (1933). «Бейкерианская лекция. Нейтрон». Труды Королевского общества A. 142 ( 846): 1–25. Bibcode : 1933RSPSA.142....1C. doi : 10.1098/rspa.1933.0152 .
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ Иваненко, Д. (1932). "Нейтронная гипотеза". Nature . 129 (3265): 798. Bibcode : 1932Natur.129..798I. doi : 10.1038/129798d0 . S2CID 4096734.
^ Миллер AI (1995) Ранняя квантовая электродинамика: Справочник , Cambridge University Press, Кембридж, ISBN 0521568919 , стр. 84–88.
^ Уилсон, Фред Л. (1968). «Теория бета-распада Ферми». Американский журнал физики . 36 (12): 1150–1160. Bibcode : 1968AmJPh..36.1150W. doi : 10.1119/1.1974382.
^ Чедвик, Дж.; Голдхабер, М. (1934). «Ядерный фотоэффект: распад диплона гамма-лучами». Nature . 134 (3381): 237–238. Bibcode :1934Natur.134..237C. doi : 10.1038/134237a0 . S2CID 4137231.
^ Чедвик, Дж.; Голдхабер, М. (1935). «Ядерный фотоэлектрический эффект». Труды Лондонского королевского общества A. 151 ( 873): 479–493. Bibcode :1935RSPSA.151..479C. doi : 10.1098/rspa.1935.0162 .
^ Купер, Дэн (1999). Энрико Ферми: И революции в современной физике. Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-511762-2. OCLC 39508200.
^ Хан, О. и Штрассманн, 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.
^ Хан, О. (1958). «Открытие деления». Scientific American . 198 (2): 76–84. Bibcode : 1958SciAm.198b..76H. doi : 10.1038/scientificamerican0258-76.
^ Райф, Патрисия (1999). Лиза Мейтнер и рассвет ядерного века . Базель, Швейцария: Birkhäuser. ISBN 978-0-8176-3732-3.
↑ Hahn, O.; Strassmann, F. (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. Bibcode : 1939NW.....27...89H. doi : 10.1007/BF01488988. S2CID 33512939.
^ "Нобелевская премия по химии 1944 года". Nobel Foundation . Архивировано из оригинала 2018-12-26 . Получено 2007-12-17 .
^ Бернстайн, Джереми (2001). Урановый клуб Гитлера: секретные записи в Фарм-Холле. Нью-Йорк: Copernicus. стр. 281. ISBN 978-0-387-95089-1.
^ "Нобелевская премия по химии 1944 года: речь на вручении". Nobel Foundation. Архивировано из оригинала 2007-10-25 . Получено 2008-01-03 .
^ аб Эмилио Сегре (1970). Энрико Ферми: физик . Чикагский университет. ISBN 0-226-74472-8.
^ Грин, Г. Л. и др. (1986). «Новое определение энергии связи дейтрона и массы нейтрона». Physical Review Letters . 56 (8): 819–822. Bibcode :1986PhRvL..56..819G. doi :10.1103/PhysRevLett.56.819. PMID 10033294.
^ ab J. Byrne (2011). Нейтроны, ядра и материя: исследование физики медленных нейтронов . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. стр. 28–31. ISBN 978-0486482385.
^ Хьюз, DJ; Берджи, MT (1949). «Отражение и поляризация нейтронов намагниченными зеркалами» (PDF) . Physical Review . 76 (9): 1413–1414. Bibcode :1949PhRv...76.1413H. doi :10.1103/PhysRev.76.1413. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-08-13 . Получено 2016-06-26 .
^ Шервуд, Дж. Э.; Стефенсон, ТЕ; Бернстайн, С. (1954). «Эксперимент Штерна-Герлаха с поляризованными нейтронами». Physical Review . 96 (6): 1546–1548. Bibcode :1954PhRv...96.1546S. doi :10.1103/PhysRev.96.1546.
^ Бомбачи, И. (1996). «Максимальная масса нейтронной звезды». Астрономия и астрофизика . 305 : 871–877. Bibcode : 1996A&A...305..871B.
^ Альварес, Л. В.; Блох, Ф. (1940). «Количественное определение магнитного момента нейтрона в абсолютных ядерных магнетонах». Physical Review . 57 (2): 111–122. Bibcode :1940PhRv...57..111A. doi :10.1103/physrev.57.111.
^ Типлер, Пол Аллен; Ллевеллин, Ральф А. (2002). Современная физика (4-е изд.). Макмиллан . п. 310. ИСБН 978-0-7167-4345-3. Архивировано из оригинала 2022-04-07 . Получено 2020-08-27 .
^ ab Gell, Y.; Lichtenberg, DB (1969). «Кварковая модель и магнитные моменты протона и нейтрона». Il Nuovo Cimento A. Серия 10. 61 (1): 27–40. Bibcode :1969NCimA..61...27G. doi :10.1007/BF02760010. S2CID 123822660.
^ abc Перкинс, Дональд Х. (1982). Введение в физику высоких энергий. Addison Wesley, Reading, Massachusetts. стр. 201–202. ISBN 978-0-201-05757-7.
^ Гринберг, О. В. (2009), «Цветовая зарядовая степень свободы 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
^ Бег, МАБ; Ли, БВ; Пайс, А. (1964). «SU(6) и электромагнитные взаимодействия». Physical Review Letters . 13 (16): 514–517, исправленный вариант 650. Bibcode : 1964PhRvL..13..514B. doi : 10.1103/physrevlett.13.514.
^ Сакита, Б. (1964). «Электромагнитные свойства барионов в супермультиплетной схеме элементарных частиц». Physical Review Letters . 13 (21): 643–646. Bibcode : 1964PhRvL..13..643S. doi : 10.1103/physrevlett.13.643.
^ ab Cho, Adrian (2 апреля 2010 г.). "Масса общего кварка наконец-то прибита". Наука . Американская ассоциация содействия развитию науки. Архивировано из оригинала 27 августа 2015 г. Получено 27 сентября 2014 г.
^ Wilczek, F. (2003). "Происхождение массы" (PDF) . MIT Physics Annual : 24–35. Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2015 г.
^ Цзи, Сяндун (1995). «Анализ массовой структуры нуклона с помощью КХД». Physical Review Letters . 74 (7): 1071–1074. arXiv : hep-ph/9410274 . Bibcode : 1995PhRvL..74.1071J. doi : 10.1103/PhysRevLett.74.1071. PMID 10058927. S2CID 15148740.
^ Мартинелли, Г.; Паризи, Г.; Петронцио, Р.; Рапуано, Ф. (1982). "Магнитные моменты протона и нейтрона в решеточной КХД" (PDF) . Physics Letters B . 116 (6): 434–436. Bibcode :1982PhLB..116..434M. doi :10.1016/0370-2693(82)90162-9. Архивировано (PDF) из оригинала 2020-04-20 . Получено 25-08-2019 .
^ Кинкейд, Кэти (2 февраля 2015 г.). «Определение магнитных моментов ядерной материи». Phys.org . Архивировано из оригинала 2 мая 2015 г. Получено 8 мая 2015 г.
^ Миллер, GA (2007). "Плотность заряда нейтрона и протона". Physical Review Letters . 99 (11): 112001. arXiv : 0705.2409 . Bibcode : 2007PhRvL..99k2001M. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.112001. PMID 17930428. S2CID 119120565.
^ "Pear-shaped parts probe big-bang mystery" (Пресс-релиз). Университет Сассекса . 20 февраля 2006 г. Архивировано из оригинала 2011-06-07 . Получено 2009-12-14 .
^ Криогенный эксперимент по поиску ЭДМ нейтрона. Архивировано 16 февраля 2012 г. на Wayback Machine . Hepwww.rl.ac.uk. Получено 16 августа 2012 г.
^ Поиск электрического дипольного момента нейтрона в PSI: проект n2EDM коллаборации nEDM Архивировано 25.09.2015 на Wayback Machine . Nedm.web.psi.ch (12.09.2001). Получено 16.08.2012.
^ Публичная страница эксперимента US nEDM ORNL Архивировано 30.04.2017 на Wayback Machine . Получено 08.02.2017.
^ Эксперимент SNS Neutron EDM Архивировано 10.02.2011 на Wayback Machine . P25ext.lanl.gov. Получено 16.08.2012.
^ Измерение электрического дипольного момента нейтрона. Архивировано 23 августа 2011 г. на Wayback Machine . Nrd.pnpi.spb.ru. Получено 16 августа 2012 г.
^ Накамура, К (2010). «Обзор физики элементарных частиц». Journal of Physics G. 37 ( 7A): 1–708. Bibcode : 2010JPhG...37g5021N. doi : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . hdl : 10481/34593 . PMID 10020536.PDF с частичным обновлением 2011 года для издания 2012 года Архивировано 20 сентября 2012 года на Wayback Machine . Точное значение среднего времени жизни все еще неизвестно из-за противоречивых результатов экспериментов. Группа по данным о частицах сообщает о значениях с разницей до шести секунд (более четырех стандартных отклонений), комментируя, что «наши обзоры 2006, 2008 и 2010 годов оставались на уровне 885,7±0,8 с; но мы отметили, что в свете SEREBROV 05 наше значение следует считать подозрительным, пока дальнейшие эксперименты не прояснят ситуацию. После нашего обзора 2010 года PICHLMAIER 10 получил среднее время жизни 880,7±1,8 с, что ближе к значению SEREBROV 05, чем к нашему среднему значению. И SEREBROV 10B [...] утверждает, что их значения следует снизить примерно на 6 с, что приведет их в соответствие с двумя более низкими значениями. Но эти повторные оценки не получили восторженного отклика от упомянутых экспериментаторов; и в любом случае Группе по данным о частицах придется ждать опубликованных изменений (этими экспериментаторами) опубликованных значений. На данный момент мы не можем придумать ничего лучшего, чем усредните 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, поскольку значение очень важно. Мы снова призываем экспериментаторов прояснить это.
^ Thoennessen, Michael (2016). «Несвязанные изотопы». Открытие изотопов . Cham: Springer International Publishing. стр. 275–291. doi :10.1007/978-3-319-31763-2_16. ISBN 978-3-319-31761-8. Архивировано из оригинала 2024-05-12 . Получено 2024-01-05 .
^ Spyrou, A.; et al. (2012). "Первое наблюдение распада динейтрона в основном состоянии: 16Be". Physical Review Letters . 108 (10): 102501. Bibcode : 2012PhRvL.108j2501S. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.102501 . PMID 22463404.
^ 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): 044006. arXiv : nucl-ex/0111001 . Бибкод : 2002PhRvC..65d4006M. doi : 10.1103/PhysRevC.65.044006. ISSN 0556-2813. S2CID 37431352. Архивировано из оригинала 2024-05-12 . Получено 2024-01-05 .
^ Кисамори, К.; и др. (2016). «Кандидатное резонансное состояние тетранейтрона, заселенное реакцией He4(He8,Be8)». Physical Review Letters . 116 (5): 052501. Bibcode : 2016PhRvL.116e2501K. doi : 10.1103/PhysRevLett.116.052501. PMID 26894705.
^ 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. Бибкод : 2022Natur.606..678D. дои : 10.1038/s41586-022-04827-6. ISSN 0028-0836. ПМЦ 9217746 . PMID 35732764.
^ "Физики обнаружили признаки четырехнейтронного ядра". 2016-02-24. Архивировано из оригинала 2017-07-29 . Получено 2017-06-27 .
^ Орр, Найджел (2016-02-03). "Могут ли четыре нейтрона танцевать танго?". Физика . 9 : 14. Bibcode : 2016PhyOJ...9...14O. doi : 10.1103/Physics.9.14 .
^ Гандольфи, Стефано; Гезерлис, Александрос; Карлсон, Дж. (2015-10-19). «Нейтронная материя от низкой до высокой плотности». Annual Review of Nuclear and Particle Science . 65 (1): 303–328. arXiv : 1501.05675 . Bibcode : 2015ARNPS..65..303G. doi : 10.1146/annurev-nucl-102014-021957. ISSN 0163-8998. Архивировано из оригинала 2022-06-14 . Получено 2024-01-04 .
^ Льянес-Эстрада, Фелипе Х.; Морено Наварро, Гаспар (2012). «Кубические нейтроны». Modern Physics Letters A. 27 ( 6): 1250033–1–1250033–7. arXiv : 1108.1859 . Bibcode : 2012MPLA...2750033L. doi : 10.1142/S0217732312500332. S2CID 118407306.
^ Knoll, Glenn F. (1979). "Гл. 14". Обнаружение и измерение радиации . John Wiley & Sons. ISBN 978-0471495451.
^ Ghosh, P.; W. Fu; MJ Harrison; PK Doyle; NS Edwards; JA Roberts; DS McGregor (2018). «Высокоэффективный микрослоистый детектор быстрых нейтронов с низким черенковским излучением для годоскопа TREAT». Ядерные приборы и методы в исследованиях физики, раздел A. 904 : 100–106. Bibcode : 2018NIMPA.904..100G. doi : 10.1016/j.nima.2018.07.035 . S2CID 126130994.
^ Ghosh, P.; DM Nichols; W. Fu; JA Roberts; DS McGregor (2019). «Отклонение гамма-излучения микрослоистого детектора быстрых нейтронов, связанного с SiPM». Симпозиум IEEE по ядерной науке и конференция по медицинской визуализации (NSS/MIC) 2019 г. стр. 1–3. doi : 10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059869. ISBN 978-1-7281-4164-0. S2CID 204877955.
^ ab Carson, MJ; et al. (2004). "Нейтронный фон в крупномасштабных детекторах ксенона для поиска темной материи". Astroparticle Physics . 21 (6): 667–687. arXiv : hep-ex/0404042 . Bibcode : 2004APh....21..667C. doi : 10.1016/j.astropartphys.2004.05.001. S2CID 17887096.
^ Köhn, C.; Ebert, U. (2015). «Расчет пучков позитронов, нейтронов и протонов, связанных с наземными вспышками гамма-излучения» (PDF) . Journal of Geophysical Research: Atmospheres . 23 (4): 1620–1635. Bibcode :2015JGRD..120.1620K. doi : 10.1002/2014JD022229 . Архивировано (PDF) из оригинала 2019-12-23 . Получено 2019-08-25 .
^ Köhn, C.; Diniz, G.; Harakeh, Muhsin (2017). «Механизмы производства лептонов, фотонов и адронов и их возможная обратная связь вблизи лидеров молний». Журнал геофизических исследований: Атмосферы . 122 (2): 1365–1383. Bibcode : 2017JGRD..122.1365K. doi : 10.1002/2016JD025445. PMC 5349290. PMID 28357174 .
^ Clowdsley, MS; Wilson, JW; Kim, MH; Singleterry, RC; Tripathi, RK; Heinbockel, JH; Badavi, FF; Shinn, JL (2001). «Нейтронная среда на поверхности Марса» (PDF) . Physica Medica . 17 (Suppl 1): 94–96. PMID 11770546. Архивировано из оригинала (PDF) 25.02.2005.
^ Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 , стр. 32–33.
^ "Учебник по изотопам и радиоактивности". Архивировано из оригинала 2020-02-14 . Получено 2020-04-16 .
^ Наука/Природа | Вопросы и ответы: Ядерный термоядерный реактор Архивировано 25.02.2022 на Wayback Machine . BBC News (06.02.2006). Получено 04.12.2010.
^ Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 , стр. 453.
^ Klein, AG; Werner, SA (1983-03-01). "Нейтронная оптика". Reports on Progress in Physics . 46 (3). IOP Publishing: 259–335. doi :10.1088/0034-4885/46/3/001. ISSN 0034-4885. S2CID 250903152. Архивировано из оригинала 2024-05-12 . Получено 2023-07-06 .
^ Кумахов, М.А.; Шаров, В.А. (1992). «Нейтронная линза». Природа . 357 (6377): 390–391. Бибкод : 1992Natur.357..390K. дои : 10.1038/357390a0. S2CID 37062511.
^ Physorg.com, «Новый способ „видеть“: „нейтронный микроскоп“» Архивировано 24.01.2012 на Wayback Machine . Physorg.com (30.07.2004). Получено 16.08.2012.
^ "NASA разрабатывает самородок для поиска жизни в космосе" Архивировано 08.03.2014 на Wayback Machine . NASA.gov (30.11.2007). Получено 16.08.2012.
^ Иоффе, А.; Дабагов, С.; Кумахов, М. (1995-01-01). "Эффективное изгибание нейтронов под большими углами". Neutron News . 6 (3): 20–21. doi :10.1080/10448639508217696. ISSN 1044-8632.
^ Холл, Эрик Дж. (2000). Радиобиология для рентгенолога (5-е изд.). Филадельфия: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-2649-2. OCLC 43854159. Архивировано из оригинала 2024-05-12 . Получено 2023-03-11 .
^ Джонс Х. Э. и Каннингем Дж. Р. (1978). Физика радиологии . Чарльз К. Томас, 3-е издание
^ [email protected] (2017-04-17). "Как нейтроны полезны". NIST . Архивировано из оригинала 2021-01-25 . Получено 2021-01-21 .
^ E Hadden; Y Iso; A Kume; K Umemoto; T Jenke; M Fally; J Klepp; Y Tomita (2022). "Высокоэффективные голографические оптические элементы для экспериментов с холодными нейтронами". ResearchGate . doi :10.13140/RG.2.2.26033.04963. Архивировано из оригинала 2024-05-12 . Получено 2022-09-14 .
^ Hadden, Elhoucine; Iso, Yuko; Kume, Atsushi; Umemoto, Koichi; Jenke, Tobias; Fally, Martin; Klepp, Jürgen; Tomita, Yasuo (2022-05-24). «Композитные решетки на основе наночастиц и полимеров на основе наноалмазов с чрезвычайно большой модуляцией показателя преломления нейтронов». В McLeod, Robert R; Tomita, Yasuo; Sheridan, John T; Pascual Villalobos, Inmaculada (ред.). Photosensitive Materials and their Applications II . Vol. 12151. SPIE. pp. 70–76. Bibcode : 2022SPIE12151E..09H. doi : 10.1117/12.2623661. ISBN 9781510651784. S2CID 249056691.
^ B. Lauss (май 2012 г.). «Запуск источника ультрахолодных нейтронов высокой интенсивности в Институте Пауля Шеррера». Hyperfine Interact . 211 (1): 21–25. arXiv : 1202.6003 . Bibcode : 2012HyInt.211...21L. doi : 10.1007/s10751-012-0578-7. S2CID 119164071.
^ R. Golub & JM Pendlebury (1977). "Взаимодействие ультрахолодных нейтронов (UCN) с жидким гелием и сверхтепловым источником UCN". Phys. Lett. A. 62 ( 5): 337–339. Bibcode :1977PhLA...62..337G. doi :10.1016/0375-9601(77)90434-0.
^ A. Steyerl; H. Nagel; F.-X. Schreiber; K.-A. Steinhauser; R. Gähler; W. Gläser; P. Ageron; JM Astruc; W. Drexel; G. Gervais & W. Mampe (1986). "Новый источник холодных и ультрахолодных нейтронов". Phys. Lett. A. 116 ( 7): 347–352. Bibcode : 1986PhLA..116..347S. doi : 10.1016/0375-9601(86)90587-6.
^ Стефан Дёге; Юрген Хингерль и Кристоф Моркель (февраль 2020 г.). "Измеренные спектры скоростей и плотности нейтронов портов пучка ультрахолодных нейтронов PF2 в Институте Лауэ–Ланжевена". Nucl. Instrum. Methods A . 953 : 163112. arXiv : 2001.04538 . Bibcode :2020NIMPA.95363112D. doi :10.1016/j.nima.2019.163112. S2CID 209942845. Архивировано из оригинала 24.02.2021 . Получено 24.04.2020 .
^ Freeman, Tami (23 мая 2008 г.). «Facing up to secondary neutrons» (Столкновение со вторичными нейтронами). Medical Physics Web. Архивировано из оригинала 2010-12-20 . Получено 08.02.2011 .
^ Heilbronn, L.; Nakamura, T; Iwata, Y; Kurosawa, T; Iwase, H; Townsend, LW (2005). «Expand+Overview of secondary neutral production related to shielding in space» (Развернуть+Обзор вторичного нейтронного производства, имеющего отношение к экранированию в космосе). Radiation Protection Dosimetry . 116 (1–4): 140–143. doi :10.1093/rpd/nci033. PMID 16604615. Архивировано из оригинала 26.01.2019 . Получено 25.01.2019 .

Дальнейшее чтение

Джеймс Бирн, Нейтроны, ядра и материя: исследование физики медленных нейтронов . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications, 2011. ISBN 0486482383 .
Авраам Пайс , Inward Bound , Оксфорд: Oxford University Press, 1986. ISBN 0198519974 .
Син-Итиро Томонага , История спина , Издательство Чикагского университета, 1997
Хервиг Шоппер , Слабые взаимодействия и ядерный бета-распад , Издательство North-Holland Pub. Co., 1966.
Аннотированная библиография по нейтронам из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос