নিউট্রন

নিউট্রন হল একটি অতিপারমাণবিক কণা, এর কোনও বৈদ্যুতিক আধান নেই এবং এর ভর প্রোটন কণার ভরের চেয়ে সামান্য বেশি। প্রোটন এবং নিউট্রন মিলে পরমাণুর নিউক্লিয়াস গঠন করে। যেহেতু নিউক্লিয়াসের মধ্যে প্রোটন এবং নিউট্রন একইরকম আচরণ করে, এবং প্রত্যেকের ভর প্রায় এক পারমাণবিক ভর একক, এই দুই কণাকেই নিউক্লিওন বলা হয়। তাদের বৈশিষ্ট্য এবং মিথস্ক্রিয়াগুলি পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে বর্ণিত হয়। নিউক্লিয়াসের রাসায়নিক এবং পারমাণবিক বৈশিষ্ট্যগুলি প্রোটনের সংখ্যা দ্বারা নির্ধারিত হয়, যাকে বলা হয় পারমাণবিক সংখ্যা, এবং নিউক্লিয়াসে নিউট্রনের সংখ্যাকে, নিউট্রন সংখ্যা বলা হয়। আণবিক ভর সংখ্যা হল এই দুটি নিউক্লিয়নের মোট সংখ্যা। উদাহরণ স্বরূপ, কার্বনের এর পারমাণবিক সংখ্যা হল ৬, এবং যেটি প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায়, সেই কার্বন-১২ সমস্থানিকটিতে (আইসোটোপ) ৬ টি নিউট্রন রয়েছে, যদিও এর বিরল কার্বন-১৩ সমস্থানিকে ৭ টি নিউট্রন রয়েছে। প্রকৃতিতে কিছু উপাদানের কেবলমাত্র একটি স্থিতিশীল সমস্থানিক থাকে, যেমন ফ্লোরিন। অন্যান্য অনেক উপাদানের অনেক স্থিতিশীল সমস্থানিক আছে, উদাহরণস্বরূপ টিনের দশটি স্থিতিশীল সমস্থানিক আছে। নিউক্লিয়াসের মধ্যে, প্রোটন এবং নিউট্রনগুলি নিউক্লীয় বল দ্বারা একত্রে আবদ্ধ থাকে। নিউক্লিয়াসের স্থিতিশীলতার জন্য নিউট্রন প্রয়োজন, এর একটিমাত্র ব্যতিক্রম হল একক প্রোটন হাইড্রোজেন পরমাণু। নিউট্রনগুলি কেন্দ্রীণ বিদারণ এবং সংযোজনের সময় প্রচুর পরিমাণে উৎপাদিত হয়। তারার মধ্যে রাসায়নিক উপাদানের কেন্দ্রীন সংশ্লেষের জন্য তারা প্রধান অবদান, এবং সেটি ঘটে কেন্দ্রীণ বিদারণ, কেন্দ্রীণ সংযোজন, এবং নিউট্রন ক্যাপচার (একটি পারমাণবিক প্রতিক্রিয়া) পদ্ধতির মাধ্যমে। নিউট্রন পারমাণবিক শক্তি উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয়। ১৯৩২ সালে জেমস চ্যাডউইক নিউট্রন আবিষ্কার করার দশকে, নিউট্রনগুলি বিভিন্ন ধরনের নিউক্লীয় সংক্রমণ (রাসায়নিক উপাদানের রূপান্তর) শুরু করার জন্য ব্যবহৃত হত। ১৯৩৮ সালে কেন্দ্রীণ বিদারণ আবিষ্কার হবার পর, দ্রুত উপলব্ধি করা গিয়েছিল যে, যদি বিদারণ পদ্ধতিতে নিউট্রন উৎপাদিত হয়, এই নিউট্রনগুলির প্রতিটি নিউক্লীয় চেইন প্রতিক্রিয়ায় আরও বিদারণ ঘটাতে পারবে। এই ঘটনা এবং অনুসন্ধানগুলির ফলে বিজ্ঞান প্রথম স্বনির্ভর পারমাণবিক চুল্লি (শিকাগো পাইল-১, ১৯৪২, প্রথম কৃত্রিম পারমাণবিক চুল্লি) এবং প্রথম পারমাণবিক অস্ত্রের (ত্রিনিতি, ১৯৪৫) দিকে অগ্রসর হয়। মুক্ত নিউট্রন, পরমাণুকে সরাসরি আয়নিত না করে, আয়নিত বিকিরণের কারণ ঘটায়। মাত্রার উপর নির্ভর করে এগুলি থেকে জৈবিক বিপদ হতে পারে। মহাজাগতিক রশ্মির ঝরনা এবং পৃথিবীর ভূত্বকের স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনীয় উপাদানগুলির প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয়তা দ্বারা সৃষ্ট প্রাকৃতিক মুক্ত নিউট্রনের "নিউট্রন ব্যাকগ্রাউন্ড" প্রবাহ পৃথিবীতে বিদ্যমান। বিশেষ নিউট্রন উৎস, যেমন নিউট্রন জেনারেটর, গবেষণা চুল্লী এবং স্পেলেশন উৎস থেকে মুক্ত নিউট্রন তৈরি হয়, বিকিরণ এবং নিউট্রন স্ক্র্যাটারিং পরীক্ষায় ব্যবহারের জন্য। একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াস অনেকগুলি প্রোটন (যাকে প্রকাশ করা হয় Z অক্ষর দিয়ে, পারমাণবিক সংখ্যা) এবং অনেকগুলি নিউট্রন দিয়ে (যাকে প্রকাশ করা হয় N অক্ষর দিয়ে, নিউট্রন সংখ্যা) গঠিত হয়, নিউক্লীয় বল দ্বারা এরা সংযুক্ত থাকে। পারমাণবিক সংখ্যাটি পরমাণুর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সংজ্ঞায়িত করে, এবং নিউট্রন সংখ্যা দিয়ে নির্ধারিত হয় সমস্থানিক বা নিউক্লাইড। সমস্থানিক এবং নিউক্লাইড শব্দদুটি প্রায়শই প্রতিশব্দের মত ব্যবহৃত হয়, কিন্তু তারা যথাক্রমে রাসায়নিক এবং পারমাণবিক বৈশিষ্ট্যগুলি উল্লেখ করে। সঠিকভাবে বলতে গেলে, সমস্থানিকগুলি একই সংখ্যক প্রোটন সহ দুটি বা আরও বেশি নিউক্লাইড হয়;একই সংখ্যক নিউট্রনযুক্ত নিউক্লাইডকে আইসোটোন বলা হয়। আণবিক ভর সংখ্যা, প্রতীক A, হল Z এবং N এর যোগফলের সমান, অর্থাৎ A = (Z + N)। একই আণবিক ভর সংখ্যা সহ নিউক্লাইডকে আইসোবার বলা হয়। হাইড্রোজেন পরমাণুর সবচেয়ে সাধারণ সমস্থানিকের নিউক্লিয়াসে (রাসায়নিক প্রতীক ১H) একটিমাত্র প্রোটন আছে। ভারী হাইড্রোজেন সমস্থানিকের নিউক্লিয়াস ডিউটেরিয়াম (D বা ২H) এবং ট্রিটিয়াম (T বা 3H) এর মধ্যে একটি প্রোটন থাকে এবং যথাক্রমে একটি ও দুটি নিউট্রন থাকে। অন্যান্য সমস্ত ধরনের পারমাণবিক নিউক্লিয়াসে দুটি বা আরও বেশি প্রোটন এবং বিভিন্ন সংখ্যক নিউট্রন থাকে।উদাহরণস্বরূপ, সাধারণ রাসায়নিক উপাদানের সর্বাধিক সাধারণ নিউক্লাইড সীসাতে, (২০৮Pb) ৮২টি প্রোটন এবং ১২৬টি নিউট্রন রয়েছে। নিউক্লাইডের সারণির মধ্যে সমস্ত পরিচিত নিউক্লাইড রয়েছে। নিউট্রন কোনও রাসায়নিক উপাদান না হলেও এই সারণিতে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। মুক্ত নিউট্রনের ভর ৯৩৯,৫৬৫,৪১৩.৩ eV/c২, বা ১.৬৭৪৯২৭৪১×১০−২৭কেজি, বা ১.০০৮৬৬৪৯১৫৮৮u। নিউট্রনের গড় ব্যাসার্ধ প্রায় ০.৮×১০−১৫মিটার, বা ০.৮ fm, এবং এর স্পিন-½ ফার্মিয়ন। নিউট্রনের কোনও পরিমাপযোগ্য বৈদ্যুতিক আধান নেই। ধনাত্মক বৈদ্যুতিক আধানের জন্য, প্রোটন সরাসরি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হয়, কিন্তু নিউট্রনের ওপর বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাব পড়েনা। নিউট্রনের চৌম্বকীয় মোমেন্ট রয়েছে, তবে নিউট্রন চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হয়। নিউট্রনের চৌম্বকীয় মোমেন্টের মান ঋণাত্মক, কারণ এর অভিমুখীকরণ এর স্পিনের বিপরীতে। মুক্ত নিউট্রন স্থায়ী হয়না, ক্ষয় হয়ে প্রোটন, ইলেকট্রন এবং প্রতিনিউট্রিনোতে পরিণত হয়, যার গড় জীবন ১৫ মিনিটেরও কম (৮৮১.৫±১.৫ সেকেন্ড)। এটি তেজস্ক্রিয়তা বা বিটা ক্ষয় নামে পরিচিত। এই ক্ষয় সম্ভব কারণ নিউট্রনের ভর প্রোটনের চেয়ে কিছুটা বেশি। মুক্ত প্রোটন স্থিতিশীল। নিউক্লিয়াসে আবদ্ধ নিউক্লাইডের উপর নির্ভর করে নিউট্রন বা প্রোটন স্থিতিশীল বা অস্থায়ী হতে পারে। যেখানে নিউট্রন ক্ষয় হয়ে প্রোটনে পরিণত হয় বা তার বিপরীত ঘটে, সেই বিটা ক্ষয় দুর্বল শক্তি দ্বারা পরিচালিত হয়, এবং এর জন্য ইলেক্ট্রন এবং নিউট্রিনো বা তাদের অ্যান্টি-পার্টিকেলগুলির নিঃসরণ বা শোষণ প্রয়োজন। নিউট্রন এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলোর আবিষ্কারের ইতিহাস ২০ শতকের প্রথমার্ধে পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের অসাধারণ বিকাশের কেন্দ্রবিন্দু, যা চূড়ান্তভাবে ১৯৪৫ সালে পরমাণু বোমার দিকে অগ্রসর করে। ১৯১১ সালে রাদারফোর্ড মডেলে, পরমাণু ছিল ঋণাত্মক চার্জযুক্ত, ইলেক্ট্রনগুলোর একটি বৃহত্তর মেঘ দ্বারা বেষ্টিত একটি ছোট ধনাত্মক চার্জযুক্ত বিশাল নিউক্লিয়াস। ১৯২০ সালে, রাদারফোর্ড প্রকাশ করলেন যে, নিউক্লিয়াসে ধনাত্মক প্রোটন এবং নিরপেক্ষভাবে চার্জযুক্ত কণা রয়েছে, কোনওভাবে প্রোটন এবং একটি ইলেক্ট্রন হিসাবে আবদ্ধ হওয়ার প্রস্তাবনা দিয়েছিলেন। ইলেক্ট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের মধ্যেই অবস্থান করছে বলে ধারণা করা হয়েছিল কারণ বিটা বিকিরণ নিউক্লিয়াস থেকে নির্গত ইলেকট্রন নিয়ে গঠিত ছিল। রাদারফোর্ড এই অনাহিত কণাকে নিউট্রন বলেছিলেন, ল্যাটিন মূল নিউট্রালটিস (নিউটার) এবং গ্রীক প্রত্যয় -অন (অতি ক্ষুদ্র পারমাণবিক কণার নামে ব্যবহৃত একটি প্রত্যয়, যেমন ইলেক্ট্রন এবং প্রোটন) দ্বারা বোঝায়। তবে পরমাণুর সাথে সম্পর্কিত নিউট্রন শব্দের উল্লেখ ১৮৯৯ সালের প্রথম দিকে সাহিত্যে পাওয়া যায়। আমেরিকান রসায়নবিদ ডব্লিউ.ডি. হার্কিনস ১৯২০ সালে নিউট্রনের অস্তিত্বের সঠিকভাবে পুর্বাভাস দিয়েছিলেন (প্রোটন-ইলেক্ট্রন মিশ্রিত হিসাবে) এবং তিনিই প্রথম পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সাথে "নিউট্রন" শব্দটি ব্যবহার করেছিলেন। ১৯২০ এর দশক জুড়ে, পদার্থবিজ্ঞানীরা ধরে নিয়েছিলেন যে পারমাণবিক নিউক্লিয়াস প্রোটন এবং "পারমাণবিক ইলেক্ট্রন" দ্বারা গঠিত  তবে সুস্পষ্ট সমস্যা ছিল। কোয়ান্টাম মেকানিক্সের হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তার সম্পর্কের সাথে নিউক্লিয়াসের প্রোটন – ইলেক্ট্রন মডেলের পুনর্মিলন করা কঠিন ছিল।  ১৯২৮ সালে ওসকার ক্লেইন আবিষ্কার করেছিলেন ক্লেইন প্যারাডক্স, নিউক্লিয়াসের মধ্যে আবদ্ধ ইলেক্ট্রনের ধারণার প্রতি আরও কোয়ান্টাম মেকানিক্স আপত্তি উপস্থাপন করেছিলেন। পরমাণু এবং অণুগুলোর পর্যবেক্ষিত বৈশিষ্ট্যগুলো প্রোটন-ইলেক্ট্রন অনুমান থেকে প্রত্যাশিত পারমাণবিক ঘূর্ণনের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ ছিল না। প্রোটন এবং ইলেকট্রন উভয়ই ½ ħ এর অভ্যন্তরীণ ঘূর্ণন বহন করে। একই প্রজাতির আইসোটোপগুলোতে (অর্থাৎ একই সংখ্যক প্রোটন রয়েছে) উভয়ই পূর্ণসংখ্যা বা ভগ্নাংশ ঘূর্ণন থাকতে পারে, অর্থাৎ নিউট্রন ঘূর্ণন অবশ্যই ভগ্নাংশ (½ ħ) হতে হবে। তবে নিউট্রনের ভগ্নাংশ ঘূর্ণন পাওয়ার জন্য একটি ইলেক্ট্রন এবং প্রোটনের ঘূর্ণনের (নিউট্রন গঠনের জন্য বন্ধন থাকা উচিত) সুবিন্যস্ত করার কোনও উপায় নেই। ১৯৩১ সালে, ওয়ালথার বোথ এবং হারবার্ট বেকার পেয়েছিলেন যে পোলোনিয়াম থেকে আলফা কণা বিকিরণ যদি বেরিলিয়াম, বোরন বা লিথিয়ামের উপরে পড়ে, তবে একটি অস্বাভাবিকভাবে তীক্ষ্ণ বিকিরণ উদ্ভূত হয়। বিকিরণটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হয়নি, সুতরাং বোথ এবং বেকার ধরে নিয়েছিলেন এটি গামা বিকিরণ। পরের বছর প্যারিসে ইরেন জোলিও-ক্যুরি এবং ফ্রেদেরিক জোলিও-কুরি দেখিয়েছিলেন যে এই "গামা" বিকিরণটি যদি প্যারাফিন বা অন্য কোনও হাইড্রোজেনযুক্ত যৌগের উপর পড়ে, তবে এটি খুব উচ্চ শক্তির প্রোটন বের করে দেয়। ক্যামব্রিজের ক্যাভেনডিশ ল্যাবরেটরিতে রাদারফোর্ড বা জেমস চ্যাডউইক উভয়ই গামা রশ্মির ব্যাখ্যা দ্বারা নিশ্চিত হননি। চ্যাডউইক দ্রুত একাধিক পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেছিলেন যা দেখিয়েছিল যে নতুন বিকিরণটি প্রোটনের মতো সমান ভর নিয়ে অনাহিত কণা নিয়ে গঠিত। এই কণাগুলি নিউট্রন ছিল। চ্যাডউইক এই আবিষ্কারের জন্য ১৯৩৫ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান। প্রোটন এবং নিউট্রন সমন্বিত একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের মডেল ওয়ার্নার হাইজেনবার্গ এবং অন্যরা দ্রুত বিকাশ করেছিলেন। প্রোটন-নিউট্রন মডেল পারমাণবিক ঘূর্ণন ধাঁধাটি ব্যাখ্যা করেছিল। বিটা বিকিরণের উৎস এনরিকো ফের্মি ১৯৩৪ সালে বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়া দ্বারা ব্যাখ্যা করেছিলেন, যেখানে নিউট্রন একটি প্রোটনকে ক্ষয় করে একটি ইলেক্ট্রন এবং একটি (এখনও আবিষ্কার হয়নি) নিউট্রিনো তৈরি করে। ১৯৩৫ সালে চ্যাডউইক এবং তার মরিস গোল্ডহ্যাবার নিউট্রনের ভরের প্রথম সঠিক পরিমাপের কথা জানিয়েছেন। ১৯৩৪ সাল নাগাদ উচ্চ পারমাণবিক সংখ্যার উপাদানে তেজস্ক্রিয়তা সংঘটিত করতে ফের্মি ভারী উপাদানকে নিউট্রন দিয়ে বোমা নিক্ষেপ করেন। "নিউট্রন ইরেডিয়েশন দ্বারা সৃষ্ট নতুন তেজস্ক্রিয় উপাদানের অস্তিত্ব সম্পর্কে তার প্রদর্শনের জন্য, এবং ধীরে ধীরে নিউট্রন দ্বারা আনীত পারমাণবিক বিক্রিয়া সম্পর্কিত তার আবিষ্কারের জন্য" ফের্মি ১৯৩৮ সালে নোবেল পুরস্কার পান। 1938 সালে অটো হ্যান, লিস মেইটনার এবং ]ফ্রিটজ স্ট্রেসম্যান নিউট্রন বোমাবর্ষণ দ্বারা প্ররোচিত পারমাণবিক বিভাজন বা হালকা উপাদানে ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়ার ভগ্নাংশ আবিষ্কার করেছিলেন। ভারী পরমাণু নিউক্লিয়ার বিভাজন আবিষ্কারের জন্য হ্যান ১৯৪৫ সালে রসায়নে ১৯৪৪ সালের নোবেল পুরস্কার পেয়েছিলেন। পারমাণবিক বিভাজনের আবিষ্কার দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের শেষে পারমাণবিক শক্তি এবং পারমাণবিক বোমার বিকাশের দিকে পরিচালিত করে। যেহেতু মিথস্ক্রিয়া প্রোটনগুলোর একটি পারস্পরিক বৈদ্যুতিক চৌম্বকীয় বিকর্ষণ রয়েছে যা তাদের আকর্ষণীয় পারমাণবিক মিথস্ক্রিয়া থেকে শক্তিশালী, নিউট্রন হল যেকোন পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের একটি প্রয়োজনীয় উপাদান যা একাধিক প্রোটন ধারণ করে (ডিপ্রোটন এবং নিউট্রন–প্রোটন অনুপাত দেখুন)। নিউট্রন পারমাণবিক শক্তির মাধ্যমে নিউক্লিয়াসে প্রোটন এবং একে অপরকে আবদ্ধ করে, প্রোটনের মধ্যে বিকর্ষণকারী শক্তিকে কার্যকরভাবে সহনীয় করে এবং নিউক্লিয়াসকে স্থিতিশীল করে। নিউক্লিয়াসে আবদ্ধ নিউট্রন এবং প্রোটনগুলো একটি কোয়ান্টাম মেকানিকাল সিস্টেম গঠন করে যেখানে প্রতিটি নিউক্লিয়ন একটি নির্দিষ্ট, শ্রেণিবদ্ধ কোয়ান্টাম অবস্থায় আবদ্ধ থাকে। প্রোটন নিউক্লিয়াসের মধ্যে নিউট্রনে বা বিপরীতে ক্ষয় করতে পারে। বিটা ক্ষয় নামে পরিচিত এই প্রক্রিয়াটির জন্য একটি ইলেকট্রন বা পজিট্রন এবং একটি যুক্ত নিউট্রিনো নির্গমন প্রয়োজন। -এই নির্গত কণাগুলো শক্তিকে অতিরিক্ত পরিমাণে বহন করে কারণ নিউক্লিয়ন এক কোয়ান্টাম অবস্থা থেকে নিম্ন শক্তির অবস্থায় পতিত হয়, যখন প্রোটন (বা নিউট্রন) নিউট্রনে (বা প্রোটন) পরিবর্তিত হয়। মৌলিক শক্তি সংরক্ষণ এবং কোয়ান্টাম মেকানিকাল সীমাবদ্ধতার দ্বারা আরোপিত হলেই এই ধরনের ক্ষয় প্রক্রিয়াগুলো ঘটতে পারে। নিউক্লিয়ার স্থায়িত্ব এই সীমাবদ্ধতার উপর নির্ভর করে। নিউক্লিয়াসের বাইরে, মুক্ত নিউট্রন পরিবর্তনশীল এবং গড় জীবনকাল ৮৭৯.৬±০.৮ s (প্রায় ১৪ মিনিট, ৪০ সেকেন্ড); সুতরাং এই প্রক্রিয়াটির অর্ধ-জীবন (যা ln(2) = 0