Neutron

Neutron on subatomaarne osake, mis koosneb kvarkidest (hadron). Neutron on fermion spinniga 1/2. Neutron on ka elektriliselt neutraalne barüon barüonlaenguga 1.

Neutronid ja prootonid (ühise nimetajaga nukleonid) moodustavad koos aatomituuma. Neutronite arv aatomituumas määrab ära keemilise elemendi isotoobi. Sama prootonite arvuga, kuid erineva neutronite arvuga aatomid on ühe elemendi isotoobid.

Üldised omadused

Neutroni seisumass on 939,573 MeV/c² (ehk 1,0087 amü), mis on 1,6749 × 10⁻²⁷ kilogrammi. Neutron on elektriliselt neutraalne, tema elektrilaeng on 0. Neutron on liitosake, mis koosneb ühest u-kvargist ja kahest d-kvargist, mis igaüks kannavad erinevat värvilaengut. Kvarke hoiab neutronis koos erinevate värvilaengutega osakeste vahel toimiv tugev vastasmõju. Neutroni enda summaarne värvilaeng on 0 (neutraalne).

Vaba neutron on metastabiilsetest osakestest kõige pikema elueaga (885,7±0,8 s ehk umbes 15 minutit). Pikk eluiga tuleneb faktist, et neutron on oma lagunemisproduktist prootonist vaid veidi raskem ning prooton on ainuke osake, milleks neutron laguneda saab.

Neutroni lagunemine

Neutron saab laguneda ainult prootoniks. Seda nõuab barüonlaengu jäävus (prooton on ainus neutronist kergem osake, mille barüonlaeng on nullist erinev). Selle juures eralduvad veel elektron ja antielektronneutriino. Tegemist on beetalagunemisega ja see toimub tänu nõrgale vastastikmõjule.

${\hbox{n}}\to {\hbox{p}}+{\hbox{e}}^{-}+{\overline {\nu }}_{\mathrm {e} }$

Beetalagunemisele alluvad vabad neutronid. Stabiilsetes aatomituumades on neutronid stabiilsed. Selle põhjuseks on asjaolu, et neutroni ebastabiilsus on tasakaalustatud tema stabiliseeriva rolliga tuumas, vältimaks ebastabiilsust, mis tekiks siis kui aatomituuma lisanduks tema lagunemisega täiendav prooton.

Ebastabiilsetes aatomituumades (milles on neutronite ülejääk võrreldes stabiilse aatomituumaga) on võimalik neutroni lagunemine prootoniks läbi ülalkirjeldatud beetalagunemise. Samuti on võimalik prootoni muutumine neutroniks (tuumades, milles on neutroneid vähem võrreldes stabiilse aatomituumaga). See toimub samuti läbi beetalagunemise

${\hbox{p}}\to {\hbox{n}}+{\hbox{e}}^{+}+{\nu }_{\mathrm {e} }$

või elektronhaarde

${\hbox{p}}+{\hbox{e}}^{-}\to {\hbox{n}}+{\nu }_{\mathrm {e} }$

Prootoni neutroniks muutumiseks vajalik lisaenergia saadakse tänu tuuma seoseenergia vähenemisele.

Teoreetiliselt on neutroni prootoniks muutumine võimalik aatomituumas ka läbi positronihaarde, kuid seda protsessi takistab aatomituuma positiivne elektrilaeng, mis tõukab positrone tuumast eemale. Samuti kipuvad positronid enne tuumani jõudmist annihileeruma tuuma ümbritsevate elektronidega.

Neutronkiirgus

Tulenevalt neutroni elektrilisest neutraalsusest on neutronkiirgus erinev nii alfa-, beeta- kui ka gammakiirgusest. Kui näiteks gammakiirgus kaotab energiat ioniseerides ainet, mida ta läbib, siis neutronkiirgus läbistab aine kuni neutron põrkub mõne aatomituumaga. Kuna tõenäosus põrkuda mõne aatomi elektronkattega on palju suurem kui tõenäosus põrkuda aatomituumaga, siis tungib neutronkiirgus palju sügavamale aine sisse.

Aatomituumaga põrkunud neutronid võivad hajuda (põrkuda tuumast eemale, andes osa oma kineetilisest energiast üle tuumale) või neelduda (tungida aatomituuma sisse ja saada selle osaks). Viimasel juhul muutub aatomi isotoop ning aatom võib muutuda ebastabiilseks. Kui neutronkiirguse tõttu ebastabiilseks muutunud aatomid lagunevad, tekib teisene radioaktiivne kiirgus.

Välislingid

• Priit Ennet: "Neutroni mõõtmine aitab mõista, miks koosneb maailm ainest" ERR, 3. märts 2020