Neutroni

Neutronit ovat sähkövarauksettomia hiukkasia, jotka yhdessä protonien kanssa muodostavat atomiytimet (lukuun ottamatta vedyn yksinkertaisinta isotooppia, protiumia, joka koostuu vain yhdestä protonista). Neutroni kuuluu baryoneihin, ja se muodostuu kolmesta alkeishiukkasesta, kahdesta alas-kvarkista sekä yhdestä ylös-kvarkista. Neutronista ja protonista käytetään myös yhteisnimitystä nukleoni. Neutronia ei tule sekoittaa neutriinoon.

Neutronin ominaisuudet 
 Massa eri yksiköissä:
 1,0086649156 ± 0,0000000006 u
 939,56536 ± 0,00008 MeV/c²
 noin 1,6749 × 10−27 kg
 Spin: ½
 Kvarkkikoostumus: udd
 Keskimääräinen elinikä: 885,7 ± 0,8 s
 Magneettinen momentti: −1,9130427 ± 0,0000005 μN
 Sähkövaraus: neutraali (0 C)
 Säde: noin 1,6 × 10−15 m

Neutronin stabiilisuus 
Ytimen ulkopuolella neutroni on epästabiili ja hajoaa spontaanisti protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi (beeta-miinus-hajoaminen):

Tämän beeta-miinus-hajoamisen puoliintumisaika on T½ = 885,7 ± 0,8 sekuntia (n. 15 minuuttia). Vastaava hajoamisreaktio voi tapahtua myös joissakin radioaktiivisissa atomeissa (erityisesti isotoopeissa, jotka sisältävät protonien määrään nähden runsaasti neutroneja). Stabiileissa ytimissä hajoamista ei tapahdu, ei myöskään neutronitähdissä, joissa neutronit ovat yhtä tiheässä kuin atomiytimissä niin, että niistä muodostuu neutroniumia.

Vuorovaikutukset 
Neutroni vuorovaikuttaa kaikkien neljän perusvuorovaikutuksen kautta.

 Sähköisesti varautumattomalla neutronilla on magneettinen momentti ja sen rakennusosaset, kvarkit, ovat sähköisesti varautuneita. Sähkömagneettinen vuorovaikutus on merkittävä lähinnä sirontakokeissa ja silloin, kun neutroni on magneettikentässä. 
 Gravitaatio vaikuttaa neutroniin, kuten kaikkiin massallisiin hiukkasiin, mutta hiukkastasolla sen voimakkuus on yleensä häviävän pieni.
 Heikko vuorovaikutus aiheuttaa neutronin beetahajoamisen.
 Vahva vuorovaikutus on yleensä suurin neutroniin vaikuttava voima. Se sitoo kvarkit yhteen neutroniksi ja toisaalta myös neutronit ytimeen.

Neutronien sovellukset 
Neutroneilla on merkittävä osa sekä rauhanomaisen ydinvoiman kuin ydinaseenkin toiminnassa. Molemmissa ketjureaktio saadaan aikaan neutronien avulla, siten että fissioreaktioissa syntyvät neutronit aiheuttavat uusia reaktioita osuessaan polttoaineytimiin. Reaktion nopeutta voidaan siis säädellä säätämällä neutronivuon voimakkuutta reaktoriin sijoitettavan, neutroneja absorboivan aineen avulla (esimerkiksi säätösauvat).

Neutroneja voidaan käyttää myös aineen rakenteen tutkimiseen samaan tapaan kuin röntgensäteitä, sillä varauksettomina hiukkasina ne tunkeutuvat varsin syvälle aineeseen. Ominaisuutta on myös hyödynnetty lääketieteessä esimerkiksi BNCT-hoidoissa. Vapaita neutroneja syntyy kuitenkin vain ydinreaktioissa, joten neutronilähteiden saatavuus rajoittaa neutronien käyttöä näihin tarkoituksiin.

Historiaa: Neutronin löytäminen 
Vuonna 1930 tutkijat Walther Bothe ja H. Becker havaitsivat, että energisten alfahiukkasten osuessa tiettyihin alkuaineisiin, etenkin berylliumiin, poloniumiin ja litiumiin, syntyi erittäin läpitunkevaa säteilyä, jota luultiin aluksi gammasäteilyksi. Kaksi vuotta myöhemmin Irène Joliot-Curie ja Frédéric Joliot huomasivat, että tämä säteily, osuessaan vetyä sisältäviin yhdisteisiin, tuotti korkeaenergiaisia protoneja. Jos kyseessä olisi ollut gammasäteily, olisi sen energian täytynyt olla huomattavasti korkeampi kuin koskaan aiemmin oli havaittu ja suurempi kuin säteilyn synnyttävistä reaktioista saatava energia. Myöhemmin samana vuonna James Chadwick näytti, että energian säilymisongelma ratkeaa, jos kyseessä onkin protonin kanssa yhtä suuren massan omaava, sähköiseltä varaukseltaan neutraali hiukkanen, jolle myöhemmin annettiin nimeksi "neutroni".

Katso myös 
Institut Laue-Langevin

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 

Baryonit
Seulonnan keskeiset artikkelit