נייטרון

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
נייטרון
נייטרון מורכב משלושה קווארקים בהרכב udd. הגלואונים אשר מסומנים בצורת גלים תורמים ליציבות הנייטרון
הרכב: האדרון
קבוצת שיוך: באריון
נוקליאון
חלקיק: נייטרון
תכונות
מסת מנוחה: ‎‎1.674×10-27kg
‎939.6 MeV/c2
מטען חשמלי: ‎0 e
ספין: ‎1/2 ħ
מטען צבע: 0
אינטראקציות: כבידה, הכוח הגרעיני החזק
קומפוזיציה קווארקית: udd
היסטוריה
נצפה? כן
שנת גילוי: 1932

נֵייטְרוֹן (Neutron; מלטינית: "שאינו נוטה לשום צד") הוא נוקליאון חסר מטען חשמלי, בעל מסה שוות ערך ל-939.6 MeV (מעט יותר משל הפרוטון - 938.3 MeV).

הגרעין של רוב האטומים (למעט האיזוטופ הנפוץ של מימן, המורכב מפרוטון אחד בלבד) מורכב מפרוטונים ונייטרונים. חלקיקים בתוך הגרעין מהדהדים בין נייטרונים ופרוטונים, המותמרים מאחד לשני על ידי פליטה וקליטה של פאיונים. אטומים בעלי מספר זהה של פרוטונים ומספר שונה של נייטרונים נקראים איזוטופים של אותו יסוד כימי.

מחוץ לגרעין, הנייטרון בלתי יציב ובעל תקופת מחצית חיים של 15 דקות בלבד. סוג ההתפרקות שלו מכונה "התפרקות בטא". כשהניוטרון מתפרק, הוא מתפרק על ידי פליטת אלקטרון ואנטי-נייטרינו ונהפך לפרוטון. התפרקות בטא מתרחשת גם בניוטרונים המצויים בכמה סוגים של גרעיני אטומים.

הנייטרון מורכב משלושה קווארקים, שני קווארקי D וקווארק אחד U. בהתפרקות בטא, אחד הקווארקים מסוג D שבנייטרון — שמסתו גדולה ממסת קווארק U — מאבד מסה, וכך נהפך לקווארק U. המסה הנותרת הולכת לבוזון, המתפרק מידית לאלקטרון ולאנטי-נייטרינו אלקטרוני.

הנייטרון מסווג כבאריון ומורכב משני קווארקי Down ואחד Up. המאפיין המבדיל את הנייטרונים מרוב הנוקליאונים, היא העובדה שהם חסרי מטען חשמלי. תכונה זו שלהם עכבה את גילויים, כי היא גורמת לעוצמת חדירה ניכרת ומונעת כמעט אפשרות לצפות בהם ישירות. כמו כן תכונה זו גורמת להם להיות רכיב חשוב ביותר בתהליכים של שינוי הגרעין.

למרות שגם האטום במצבו הרגיל נטול מטען חשמלי, הוא גדול פי 10,000 מהנייטרון ומורכב ממערכת מסובכת של אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי המפוזרים במסלולים נרחבים סביב גרעין בעל מטען חשמלי חיובי. חלקיקים בעלי מטען חשמלי, כגון פרוטונים, אלקטרונים וחלקיקי אלפא (גרעין הליום), וכן קרינה אלקטרומגנטית (כגון קרינת גמא) מאבדים אנרגיה במעבר דרך חומר. הם מפעילים כוחות חשמליים המייננים את אטומי החומר דרכו הם עוברים. האנרגיה הנלקחת לצורך יינון שווה לאנרגיה שאבדה לחלקיקים הטעונים במעבר החומר, דבר הגורם להאטה, או על ידי קרינת גמא הנספגת. הנייטרון לעומת זאת אינו מושפע על ידי כוחות אלו. הוא מושפע רק מהכוח הגרעיני החזק בעל הטווח הקצר מאד, המשחק תפקיד רק כשהנייטרון מתקרב מאוד לגרעין האטום. לפיכך, נייטרון חופשי נע בדרכו ללא הפרעה עד שהוא מתנגש ישירות עם גרעין האטום. מכיוון שהנפח שתופש גרעין האטום הוא קטן מאד, התנגשויות אלו קורות לעתים נדירות והנייטרון עובר מרחק רב לפני ההתנגשות.

במקרה של התנגשות אלסטית, כללי ההתמדה הרגילים פועלים כבמקרה של התנגשות אלסטית בין כדורי ביליארד. אם הגרעין שבו התנגש הנייטרון הוא כבד, הוא צובר מהירות מעטה יחסית, אך אם ההתנגשות הייתה עם פרוטון שמסתו שוות ערך למסת הנייטרון, הפרוטון נזרק קדימה במהירות קרובה למהירות המקורית של הנייטרון, שבמקביל מואט בהתאם. התנגשויות משניות כתוצאה מכך ניתנות לאיתור מכיוון שהחלקיקים המושפעים מהתנגשויות אלו טעונים במטען חשמלי וגורמים ליינון.

טבעו נטול המטען של הנייטרון מקשה על השליטה עליו, בנוסף להיותו קשה לאיתור. ניתן להאיץ, להאט או להסיט חלקיקים טעונים באמצעות שדות חשמליים או מגנטיים, אבל לאלו אין השפעה על נייטרונים. הדרך היחידה שבידינו לשלוט על נייטרונים חופשיים היא לשים גרעינים בנתיבם כך שהם יואטו, יוסטו או ייספגו בהתנגשויות. לתופעות אלו חשיבות מעשית גדולה בכורים גרעיניים ובנשק גרעיני.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנת 1930 צמד חוקרים גרמנים: ואלטר בותה והנס בקר, גילו שאם חלקיקי אלפא הנפלטים מפולוניום, שהם בעלי אנרגיה רבה, פוגעים ביסודות קלים מסוימים כגון בריליום, בורון, או ליתיום, מופקת קרינה חודרנית ביותר. בתחילה הניחו שמדובר בקרינת גמא, למרות שלקרינה הייתה יכולת חדירה חזקה מכל קרני גמא ידועות, ולא ניתן היה לפרש את תוצאות הניסויים בהנחה זו.

התרומה המשמעותית הבאה דווחה על ידי בני הזוג אירן ופרדריק קירי בפריז. הם הראו שאם קרינה בלתי-מוכרת זו פוגעת בפרפין או בתרכובות אחרות המכילות מימן, הן פולטות פרוטונים בעלי רמת אנרגיה גבוהה. כשלעצמה, לא הייתה בעובדה זו סתירה להתנהגות קרינת גמא שהניחו שהיא הקרינה הבלתי-מוכרת, אבל ניתוח כמותי מפורט של המידע לא התאים להשערה זו.

לבסוף (בשלהי 1932), ביצע הפיזיקאי האנגלי ג'יימס צ'דוויק סדרת ניסויים שהפריכו סופית את השערת קרינת הגמא. הוא הציע השערה שעל פיה, הקרינה היא מסוג חדש ומורכבת מחלקיקים חסרי מטען שמסתם קרובה למסת הפרוטון. צ'דוויק ערך סדרת ניסויים שאימתו את השערתו. חלקיקים בלתי-טעונים אלו קרויים כיום נייטרונים. על גילוי זה זכה צ'דוויק בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1935.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]