Основные характеристики нейтрона.

Введение в нейтронную ядерную физику.

План.

Основные характеристики нейтрона.

Источники нейтронов.

Взаимодействие нейтронов с ядрами.

Теоретическое описание нейтронных реакций.

Экспериментальные методы исследования реакций с нейтронами.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕЙТРОНА.

Основные характеристики нейтрона.

Нейтрон был открыт в 1932 г. Дж. Чэдвиком, учеником и сотрудником Э. Резерфорда. Предположение о существовании нейтрона было высказано Резерфордом еще в 1920 г. Тогда же им было предложено и его название. При помощи ионизационной камеры было установлено, что при бомбардировке бериллия α -частицами в реакции B⁹+α → C¹²+n возникает проникающее излучение, свойства которого можно хорошо объяснить, если предположить, что оно представляет собой нейтральные частицы.

С открытием нейтрона началась эра ядерной физики, быстрое развитие которой привело к середине ХХ века к рождению ядерной техники и физики элементарных частиц. О нейтроне известно довольно много: масса, спин, магнитный момент, достаточно хорошо изучено его взаимодействие с ядрами, получено представление о структуре нейтрона. Оказалось, что нейтрон - частица, имеющая довольно сложное строение; его поведение при взаимодействии с веществом обнаруживает свойства, присущие неточечной частице. Во многих исследованиях используется волновая природа нейтрона.

Нейтрон и протон имеют изотопический спин 1/2, но имеют различные проекции изотопспина +1/2 или -1/2. В настоящее время установлено, что нейтрон и протон состоят из трёх кварков: n = udd, p=uud. Здесь буквами u и d обозначены “верхний” (up) и “нижний” (down) кварки.

Все сведения о нейтроне получены с помощью изучения его взаимодействия с другими частицами и полями. Как известно, имеется четыре вида взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие – короткодействующее взаимодействие барионов и мезонов. Сильновзаимодействующие частицы (нуклоны, гипероны, пи-мезоны, каоны, резонансы) называют адронами. Посредством сильного взаимодействия осуществляются все реакции нейтронов с ядрами.

Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие заряженных (или имеющих магнитные моменты), частиц друг с другом и с фотонами посредством обмена виртуальными фотонами.

Слабое взаимодействие – ответственно за распады частиц, в том числе и за распад нейтрона на протон, электрон и антинейтрино: n→ p+e^-+ . В настоящее время общепризнанна теория, объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействия. Переносчиками электрослабого взаимодействия являются фотоны, W⁺, W^- и Z⁰ бозоны.

Гравитационное взаимодействие существенно в макромире, но в области элементарных частиц оно настолько мало, по сравнению с другими взаимодействиями, что, как правило, им пренебрегают. Константа этого взаимодействия примерно в 10⁴⁰ раз меньше постоянной сильного взаимодействия. Гравитационная энергия двух нейтронов, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна χ m_n²/r, где χ – гравитационная постоянная. Эта энергия в e²/χ m_n² 10³⁶ раз меньше энергии электростатического взаимодействия двух элементарных зарядов, находящихся на том же расстоянии друг от друга, и становится порядка m_nc² лишь на расстояниях r χ m_n/c² 10^-51 см.