ما هي النيوترونات ؟

مفهوم النيوترونات:

النيوترون: هو من الجسيمات الذريّة المحايدة التي هي مكون من كل نواة ذرية باستثناء عنصر الهيدروجين العادي. لا يوجد لديه شحنة وكتلتة تساوي 1.67493 × 10⁻²⁷ كجم، بشكل هامشي النيوترون أكبر من البروتون وما يكبر حوالي 1,839 مرات من الإلكترون.
النيوترونات والبروتونات التي تسمى عادة النوى ترتبط معا في النواة الداخلية الكثيفة، النواة، حيث تمثل 99.9 في المائة من كتلة الذرة. كشفت التطورات في فيزياء الجسيمات عالية الطاقة في القرن العشرين أن النيوترون أو البروتون ه جسيمات أولية حقيقية؛ بل هي مركبات من جزيئات أولية صغيرة للغاية تسمى الكواركات . وترتبط النواة معاً بالتأثير المتبقي للقوة القوية وهو تفاعل أساسي يحكم سلوك الكواركات التي تشكل البروتونات والنيوترونات الفردية.

اكتشاف النيوترون:

قصة اكتشاف النيوترون وخصائصه هي مركزية للتطورات الاستثنائية في الفيزياء الذرّية التي حدثت في النصف الأول من القرن العشرين. تم اكتشاف النيوترون في عام 1932، وكان قد اقترح بالفعل وجود هذا الجسيم من قبل العالم إرنست رذرفورد (1871-19374) في 1920، ولكن كان العالم الإنجليزي جيمس تشادويك (1891-1974) أثبت ذلك من قبل عندما كان يدرس النشاط الإشعاعي.

بُنية النيوترونات:

تُصنف النيوترونات والبروتونات على أنها هادرونات، جسيمات دون ذريّة. النيوترون هو جسيم مركب مصنوع من كواركين للأسفل مع شحنة −1/3 e وكوارك واحد مع شحنة +2/3 e. وبما أن النيوترون لا يحتوي على شحنة كهربائية صافية، فإنه لا يتأثر بالقوى الكهربائية، ولكن النيوترون لديه توزيع طفيف من الشحنة الكهربائية داخله. وهذا يؤدي إلى لحظة مغناطيسية غير صفرية (لحظة ثنائي القطب) من النيوترون. لذلك يتفاعل النيوترون أيضا عن طريق التفاعل الكهرومغناطيسي، ولكن أضعف بكثير من البروتون.

حقائق عن النيوترونات :

• النيوترون هو نوع من الهادرون وهو يتألف من كوارك واحد في الأعلى واثنين من الكواركات في الأسفل.
  
• على الرغم من أن كتلة البروتون والنيوترون متشابهة، خاصة بالمقارنة مع الإلكترونات الأخف بكثير، فإن النيوترون أكثر ضخامة قليلاً من البروتون. النيوترون له كتلة 1.67492729 × 10^-27 ك جم.
  
• يعتبر النيوترون نوعاً من الفريمون لأنه يحتوي على دوران = 1/2.
  
• على الرغم من أنه من الممكن إخراج النيوترونات من النواة، إلا أن الجسيمات الحرة لا تدوم طويلاً قبل التفاعل مع ذرات أخرى. في المتوسط، بينما النيوترون يبقى من تلقاء نفسه حوالي 15 دقيقة.
  

خصائص النيوترونات:

• نصف قطر النيوترون هو ( 0.8 × 10^-15m (0.8 .
  
• النيوترونات هي جزيئات محايدة  – لا شحنة كهربائية صافية.
  
• النيوترونات لها لحظة مغناطيسية غير صفرية.
  
•  النيوترونات الحرّة (خارج نواة) غير مستقرة وتتحلل عن طريق اضمحلال بيتا. ينطوي اضمحلال النيوترون على التفاعل الضعيف ويرتبط بالتحول بالكوارك (يتم تحويل كوارك أسفل إلى كوارك أعلى).
  
• متوسط عمر النيوترون الحر هو 882 ثانية (أي نصف العمر 611 ثانية).
  
• لا يمكن للنيوترونات أن تسبب التأين بشكل مباشر.
  
• يمكن للنيوترونات أن تقطع مئات الأقدام في الهواء دون أي تفاعل.
  
• النيوترونات تؤدي إلى الإنشطار النووي.
  
• تنتج عملية الانشطار نيوترونات حُرّة  (2 أو 3).
  
• النيوترونات الحرارية أو الباردة لها أطوال موجية مماثلة للمباعدة الذرية. ويمكن استخدامها في تجاربالإنعراج النيوترونية لتحديد البنية الذرية و/أو المغناطيسية للمادة.
  

العدد الذرّي:

يسمى عدد البروتونات في نواة العنصر العدد الذرّي هذا الرقم يعطي كل عنصر هويته الفريدة. في ذرات أي عنصر معين، على سبيل المثال الكربون عدد البروتونات في النوى هو نفسه دائما، ولكن عدد النيوترونات يمكن أن تختلف.
وتسمى الذرّة من عنصر معين بوجود عدد محدد من النيوترونات في النواة بالنظائر. يتم الإشارة إلى نظير الذرة بكتابة اسم العنصر متبوعًا بمجموع عدد البروتونات والنيوترونات. نواة ذرة الكربون دائما ستة بروتونات وعادة ما يكون ستة نيوترونات، ولكن بعض نواة الكربون تحتوي على ثمانية نيوترونات. وهكذا فإن الكربون-12 هو أكثر نظائر الكربون شيوعاً؛ كما تم العثور على الكربون-14، ولكن أقل شيوعا.

تأثير النيوترونات:

لا تحتاج النيوترونات أن تكون محصورة في نواة الذرات. يمكن أن تتواجد بأنفسها عندما يتم العثور على النيوترونات خارج النوى الذرية، لذلك فإنها تكتسب خصائص رائعة وغريبة ويحتمل أن تكون خطرة. عندما تنتقل بسرعة عالية، وتنتج إشعاعات قاتلة. ما يسمى بالقنبلة النيوترونية، والمعروف بقدرتها على قتل الإنسان والحيوانات في حين يكون لها تأثير ضئيل على الهياكل الفيزيائية الجماد.
وتعمل النيوترونات من خلال إنتاج وابل من النيوترونات عالية السرعة. إنََ الكثافة العالية لهذه الجسيمات، إلى جانب سرعتها تعطيها طاقة بالغة. ونتيجة لذلك لديها القدرة على تغيير، أو حتى كسر، نواة الذرات التي تضرب.