Neutrón

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Neutrón
Estructura de quark de neutrones.svg
Modelo de quark del neutrón
Clasificación Partícula compuesta ( hadrón )
Composición 1 quark arriba , 2 quark abajo (udd)
Familia Fermiones
Grupo Barioni
Interacciones Gravitacional , electromagnético , débil , fuerte
Símbolo norte
Antipartícula Antineutrón ( n )
Teorizado Ernest Rutherford (1920)
Descubrimiento James Chadwick (1932)
Propiedades físicas
Masa
  • 1,674927351 (74) × 10 −27 kg
  • 939,565378 (21) MeV /
  • 1.00866491600 (43) u
Carga eléctrica 0 y
Girar ½

El neutrón es una partícula subatómica formada por un quark up y dos quarks down , con una carga eléctrica neta igual a cero. [1] Al estar formado por quarks, pertenece a la familia de los hadrones , en particular al grupo de los bariones . Tener media vuelta completa es un fermión .

Tiene masa en reposo de 939,57 MeV / , ligeramente superior a la del protón y, con la excepción del isótopo más común de hidrógeno (cuyo núcleo atómico consta de un solo protón), compone los núcleos junto con el protón , [2] con el que se transforma continuamente a través de la emisión y absorción de piones .

A diferencia del protón, fuera del núcleo el neutrón es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos. [3] Su desintegración da lugar a un protón, un electrón y un antineutrino según la reacción. ( desintegración beta ); la energía liberada es Q = 0,782 ± 0,013 MeV. [4]

Historia

En 1930 , en Alemania , Walther Bothe y Herbert Becker observaron que, si las partículas alfa de polonio , dotadas de gran energía, afectaban los núcleos de elementos ligeros, específicamente berilio , boro y litio , se producía una radiación particularmente penetrante. En un principio se pensó que podría tratarse de radiación gamma, aunque era más penetrante que los rayos gamma conocidos entonces y los detalles de los resultados experimentales eran difíciles de interpretar en esos términos.

La siguiente contribución la hicieron en los años 1931 y 1932 Irène Curie y su esposo Frédéric Joliot-Curie en París : demostraron que esta misteriosa radiación, si golpeaba parafina u otros compuestos que contenían hidrógeno , provocaba la expulsión de protones de alta energía. . Esto no estaba totalmente en desacuerdo con la hipótesis de la radiación gamma; sin embargo, un análisis cuantitativo detallado hizo difícil aceptar esta hipótesis. A principios de 1932 , el físico James Chadwick , en Inglaterra , realizó una serie de mediciones que mostraron que la hipótesis de los rayos gamma era incapaz de explicar completamente los datos experimentales. Hipotetizó que la radiación penetrante del berilio consistía en partículas neutras con una masa aproximadamente igual a la de los protones, cuya existencia había sido propuesta más de una década antes, sin que se hubieran realizado experimentos efectivos para revelarla.

Propiedad

James Chadwick , descubridor del neutrón

Neutralidad

La propiedad por excelencia de los neutrones, que los diferencia de otras partículas, es su carga eléctrica nula, ya que se compone de dos quarks down y uno up quark :

q n = 2q d + q u = 2 × (- 13 ) e + ( 23 ) e = 0

La carga eléctrica nula es la base de su alta capacidad de penetración y la dificultad de manipulación. Además, no existen fuentes naturales importantes, una razón más para el retraso en el descubrimiento del neutrón en comparación con las otras dos partículas que componen el átomo.

Penetración

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Colisión elástica § Moderadores de neutrones .

Las partículas cargadas (como protones, electrones y partículas alfa) pierden energía a medida que viajan a través de la materia, principalmente debido a las fuerzas electromagnéticas que ionizan los átomos con los que interactúan estas partículas. El neutrón se ve débilmente afectado por estas fuerzas, ya que no tiene carga eléctrica. Sin embargo, el neutrón está sujeto a la acción de la fuerza nuclear fuerte , caracterizada por un alcance corto, efectivo solo en las proximidades de un núcleo. Entonces, el neutrón se comporta de manera similar a una esfera sólida (probablemente la más alejada del neutrón en muchos otros aspectos) que impacta a otros cuerpos sólidos (los núcleos del medio). Un neutrón libre continúa su camino sin ser molestado hasta que choca "frontalmente" con un núcleo.

Debido a la pequeña sección transversal de los núcleos en comparación con el espacio que los separa entre sí, estas colisiones ocurren muy raramente y los neutrones viajan grandes distancias antes de chocar. Incluso se recorren distancias mayores antes de ser absorbido por un núcleo, cuanto mayor es la velocidad del neutrón: la dosis absorbida por un material irradiado con neutrones es mayor y cuanto más concentrada en la superficie menor es su velocidad: [5]

  • Los neutrones de fisión rápida (10 keV-10 MeV) depositan energía principalmente a través de la colisión elástica con varios núcleos ligeros en sucesión, con trayectorias de transporte libres promedio que van desde centímetros a decenas de centímetros en el agua y los tejidos biológicos. La dosis absorbida se debe a las ionizaciones provocadas por el retroceso de los núcleos ligeros secundarios.
  • Los neutrones resonantes (1 keV-1 MeV) depositan energía principalmente por absorción cuando su energía corresponde a una frecuencia resonante de un núcleo cercano.
  • Los neutrones lentos (energía <0,5 eV) tienen una longitud de transporte baja, desde unas pocas fracciones de milímetro a un centímetro, y una gran sección transversal de absorción: también en este caso, la absorción es el principal tipo de interacción.
5 órdenes diferentes de magnitud de materia:
1. Materia (macroscópica)
2.Estructura molecular (átomos)
3. Átomo (neutrón, protón , electrón )
4.Electrón
5. Quark
6. Cuerdas

Peligrosidad

Su masa en reposo mayor que la de otros tipos de radiación los hace más peligrosos para los tejidos biológicos una vez que han interactuado y puede resultar en tejidos biológicos y materiales ordinarios con liberación secundaria de rayos gamma por captura de neutrones (por ejemplo, con hidrógeno resulta en un deuterón y en un fotón de 2,2 MeV), en transmutación y a veces en hombro (por ejemplo, la activación de nitrógeno -14 en carbono-14 con liberación de un protón o el hombro de plomo explotado en sistemas impulsados ​​por aceleradores), provocando transmutación y fertilización para transuránicos. Su factor de peligro una vez absorbido con respecto a la radiación gamma es:

es decir, dependiendo de su energía, pasan de un peligro respectivamente 5 veces mayor que los fotones si son térmicos (E <10 keV) o 25 veces mayor si son rápidos (100 keV <E <2 MeV). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que este factor no tiene en cuenta la propiedad de penetrancia anterior, por lo que el peligro relativo de un haz rápido en comparación con uno térmico está realmente sobreestimado por este factor.

Evanescencia

La detección indirecta de neutrones se basa en la transmisión de movimiento a átomos ligeros del medio que se produce en colisiones elásticas: un núcleo muy pesado adquiere una pequeña fracción del momento por impacto elástico ; en cambio, un protón (que tiene una masa aproximadamente igual a la del neutrón) se lanza hacia adelante con una fracción significativa de la velocidad original del neutrón, que a su vez se ralentiza. Dado que los núcleos puestos en movimiento por estas colisiones están cargados, producen ionización y pueden detectarse fácilmente de forma experimental.

Immanovrability

Las partículas cargadas pueden ser aceleradas, desaceleradas y desviadas por el campo electrostático , que sin embargo prácticamente no tiene ningún efecto sobre los neutrones, haciéndolos maniobrables solo con un campo magnético dado su momento dipolar magnético bastante alto en comparación con el momento intrínseco del momento . El signo negativo de este momento magnético simula la rotación de cargas negativas en sentido antihorario alrededor de la dirección del giro. La única forma de controlar los neutrones libres es colocar núcleos en su camino para que los neutrones sean más lentos, desviados o absorbidos en la colisión. Estos son los principales efectos regulatorios en reactores y armas nucleares.

Inestabilidad

Un haz pulsado y colimado de neutrones libres se desintegra pasando entre dos espectrómetros de lentes magnéticos dispuestos de manera que recojan uno los protones y el otro los electrones con una vida media de 880 ± 1 s [6]

En cuanto al neutrón unido a los otros nucleones en el núcleo, la teoría de la gran unificación predice una vida promedio del orden de 10 31 años (más de un billón de billones de veces la edad actual del universo de aproximadamente 10 10 años), similar a el del protón.

Desarrollos

La existencia de paquetes estables de cuatro neutrones, o tetraneutrones , fue hipotetizada por un grupo liderado por Francisco-Miguel Marqués del Laboratorio de Física Nuclear del CNRS , basado en la desintegración de núcleos de berilio -14. La teoría actual asume que estos paquetes no deberían ser estables y, por lo tanto, no deberían existir.

Nota

  1. ^ Es impropio decir con una carga "neutral" porque en física sólo se reconocen dos tipos de carga, la positiva y la negativa.
  2. ^ (ES) Thermopedia, "Neutrones"
  3. ^ https://www.lescienze.it/news/2003/10/21/news/la_vita_media_del_neutrone 587477 / #: ~: text = Second% 20new% 20measures% 20made% 20al, 8% 20% C2% B1% 203% 2C4% 20 segundos
  4. ^ Ideas y conceptos básicos en física nuclear: un enfoque introductorio, tercera edición; K. Heyde Taylor & Francis 2004. Imprimir ISBN 978-0-7503-0980-6 . DOI : 10.1201 / 9781420054941 . texto completo
  5. Arneoldo, Lessons in Radiation Protection, p.23 ( PDF ), en www-zeus.desy.de . Obtenido el 10 de junio de 2013 (archivado desde el original el 27 de febrero de 2014) .
  6. ^ M Tanabashi et al (grupo de datos de partículas), Revisión de física de partículas, Phys. Rev. D 98 030001 (20018)

Bibliografía

Artículos relacionados

Otros proyectos

enlaces externos

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