![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Масса нейтрона.
Масса нейтрона может быть определена различными способами. Первое определение mn было сделано Чэдвиком по измерению энергии ядер отдачи, образующихся при столкновении нейтронов с ядрами водорода и азота. Этот метод позволил определить лишь то, что масса нейтрона примерно равна массе протона. Нейтрон не имеет заряда, поэтому обычные методы определения массы атомов (масс-спектроскопия, химические методы) к нейтрону не применимы. Все измерения массы нейтрона основывались на методе анализа энергетического баланса различных ядерных реакций с участием нейтронов. Вскоре после открытия нейтрона для определения его массы были использованы в реакциях 11B(α, n)14N и 7Li(α, n)10B. В настоящее время разница масс протона и нейтрона достаточно точно определена с помощью эндоэнергетической реакции 3H+p→ n+3He и методом, основанным на измерении разницы масс дейтрона и молекулы водорода, а также энергии связи дейтрона. Для реакции 3H(p, n)3He закон сохранения энергии можно записать в виде где Q – энергия реакции, а под обозначениями атомов и частиц следует понимать их энергию покоя. С помощью соотношения для энергии реакции Q=(m2/(m1+m2))*ET*(1-0.5(m2ET/((m1+m2)2*c2))), (2) Где m1 и m2 – массы протона и тритона. Было найдено значение Q=-(763, 77±0, 08) кэВ [1]. Разность масс нейтрона и атома водорода можно получить, зная максимальную энергию β -частиц Eβ при распаде трития: (mn-MH)c2=Eβ (1+m0/m3)-Q+EH, (3) где m3 – масса ядра 3He; m0 – масса покоя электрона; EH – энергия связи электрона в атоме водорода; MH – масса атома водорода, масса антинейтрино принята равной нулю. Усредняя известные данные, для Eβ можно найти значение (18, 56±0, 05) кэВ. В результате разность масс нейтрона и протона оказывается равной δ mn-p=(1293, 0±0, 1) кэВ.
Один из наиболее точных методов основан на использовании реакции радиационного захвата тепловых нейтронов протонами:
Если протон неподвижен, то закон сохранения энергии для этой реакции
Tn, Td - кинетические энергии нейтрона и протона. При Tn ≈ 0 (например, для тепловых нейтронов кинетическая энергия Tn = 0, 025 эВ) кинетической энергией нейтронов можно пренебречь. Исходя из закона сохранения импульса для кинетической энергии дейтрона можно получить следующее выражение; Масса нейтрона на 1.293 МэВ больше массы протона. Поэтому нейтрон является β -активной частицей с временем жизни 885.4 секунды. В свободном состоянии нейтроны практически отсутствуют, если не считать небольшого количества, рождающегося под действием космических лучей. Процесс β -распада свободного нейтрона можно представить в виде:
Этот процесс энергетически возможен, так как суммарная масса частиц, входящих в правую часть уравнения, меньше массы нейтрона. В кварковой модели распад нейтрона является следствием более фундаментального процесса превращения d-кварка: d→ u+e-+ Измерение времени жизни нейтрона по отношению к β -распаду дает ценную информацию для физики слабых взаимодействий, астрофизики и космологии. В космологии период полураспада нейтрона прямо связан со скоростью образования гелия в начальном периоде существования Вселенной. Знание периода полураспада нейтрона необходимо для правильного понимания физических процессов, идущих на Солнце. Электрический заряд нейтрона с огромной степенью точности (~10-20 е, е - заряд электрона) равен нулю. Отличие от нуля магнитного момента нейтрона свидетельствует о его внутренней структуре. Для исследования структуры нуклонов необходимо, чтобы де-бройлевская длина волны (λ = 2 Нейтрон может обладать дипольным моментом. Это возможно, если в природе не выполняется инвариантность по отношению к обращению времени. Хотя нейтрон в целом нейтрален, он имеет сложное внутреннее распределение заряда, что проявляется во взаимодействии нейтронов с электронами.
Можно подвести итог первой главы. Нейтрон – это нейтральная (z = 0) дираковская частица со спином Масса нейтрона составляет mn = 1, 00866491578 ± 0.00000000055 а.е.м. = 939, 56633 ± 0.00004 МэВ, что на 1, 2933318 ± 0.0000005 МэВ больше массы протона. В связи с этим нейтрон является β -радиоактивной частицей. С временем жизни τ = 885.4 ± 0.9(стат.) ± 0.4(сист.) сек он распадается по схеме (7). Здесь приведены данные 2000 г.
|