Структура атома: що таке нейтрон? Електричне поле нейтрона.

4.1. склад атомів

Слово "атом" перекладається з давньогрецької мови як "неподільний". Так і передбачалося майже до кінця XIX століття. У 1911 р Е. Резерфорд виявив, що в атомі існує позитивно заряджене ядро. Пізніше було доведено, що воно оточене електронною оболонкою.

Таким чином, атом являє собою матеріальну систему, що складається з ядра та електронної оболонки.
Атоми дуже маленькі - так, по товщині паперового листа укладаються сотні тисяч атомів. Розміри атомних ядер - ще в сто тисяч разів менше розмірів атомів.
Ядра атомів заряджені позитивно, але складаються вони не тільки з протонів. Ядра містять ще й нейтральні частинки, відкриті в 1932 році і названі нейтронами. Протони і нейтрони разом звуться нуклони - тобто ядерні частинки.

Будь-атом в цілому електронейтрален, а це значить, що число електронів в електронній оболонці атома дорівнює числу протонів в його ядрі.

Таблиця 11.Найважливіші характеристики електрона, протона і нейтрона

характеристика	електрон
рік відкриття
першовідкривач	Джозеф Джон Томсон	Ернест Резерфорд	Джеймс Чедвік
символ
Маса: позначення значення	m (e-) 9,108. 10 -31 кг	m (p +) 1,673. 10 -27 кг	m (n o) 1,675. 10 -27 кг
Електричний заряд	-1,6. 10 -19 Кл \u003d -1 е	1,6. 10 -19 Кл \u003d +1 е
радіус

Назва "електрон" походить від грецького слова, що означає "бурштин".
Назва "протон" походить від грецького слова, що означає "перший".
Назва "нейтрон" походить від латинського слова, що означає "ні той, ні інший" (мається на увазі його електричний заряд).
Знаки "-", "+" і "0" в символах частинок займають місце правого верхнього індексу.
Розмір електрона настільки малий, що в фізиці (в рамках сучасної теорії) взагалі вважається некоректним говорити про вимірювання цієї величини.

ЕЛЕКТРОН, протони, нейтрони, нуклонів, ЕЛЕКТРОННА ОБОЛОНКА.
1.Определите, наскільки маса протона менше маси нейтрона. Яку частину від маси протона складає ця різниця (висловіть її у вигляді десяткового дробу і у відсотках)?
2.Во скільки разів (приблизно) маса будь-якого нуклона більша за масу електрона?
3.Определите, яку частину від маси атома складе маса його електронів, якщо до складу атома входять 8 протонів і 8 нейтронів. 4. Як ви думаєте, чи зручно використовувати одиниці міжнародної системи одиниць вимірювань (СІ) для вимірювань мас атомів?

4.2. Взаємодії між частинками в атомі. атомні ядра

Між усіма зарядженими частинками атома діють електричні (електростатичні) сили: електрони атома притягуються до ядра і в той же час відштовхуються одна від одної. Дія заряджених частинок друг на друга передається електричним полем.

Вам знайоме вже одне поле - гравітаційне. Детальніше про те, що таке поля, і про деякі їх властивості ви дізнаєтеся з курсу фізики.

Все протони в ядрі заряджені позитивно і за рахунок електричних сил відштовхуються одна від одної. Але ядра же існують! Отже, в ядрі, крім електростатичних сил відштовхування, діє ще якась взаємодія між нуклонами, за рахунок сил якого вони притягуються один до одного, причому ця взаємодія - значно сильніше електростатичного. Ці сили називаються ядерними силами, Взаємодія - сильним взаємодією, А поле, передає це взаємодія - сильним полем.

На відміну від електростатичного, сильна взаємодія відчувається тільки на коротких відстанях - порядку розмірів ядер. Але сили тяжіння, викликані цією взаємодією ( F я). у багато разів більше електростатичних ( F е). Звідси - "міцність" ядер у багато разів більше "міцності" атомів. Тому в хімічні явища змінюється тільки електронна оболонка, а ядра атомів залишаються незмінними.

Загальна кількість нуклонів в ядрі називається масовим числомі позначається буквою А. число нейтронівв ядрі позначається буквою N, а число протонів- буквою Z . Ці числа пов'язані між собою простим співвідношенням:

Щільність речовини ядер величезна: вона приблизно дорівнює 100 мільйонам тонн на кубічний сантиметр, що незрівнянно з щільністю будь-якого хімічного речовини.

ЕЛЕКТРОННА ОБОЛОНКА, АТОМНА ЯДРО, МАСОВЕ ЧИСЛО, ЧИСЛО ПРОТОНІВ, ЧИСЛО НЕЙТРОНІВ.

4.3. Нукліди. Елементи. ізотопи

При хімічних peaкціяx атоми можуть втрачати частину своїх електронів, а можуть і приєднувати "зайві". При цьому з нейтральних атомів утворюються заряджені частинки - іони. Хімічна сутність атомів при цьому не змінюється, тобто атом, наприклад, хлору не перетворюється в атом азоту або в атом якого-небудь іншого елемента. Фізичні впливу досить великий енергії можуть взагалі "зірвати" з атома всю електронну оболонку. Хімічна сутність атома при цьому також не зміниться - віднявши електрони у якихось інших атомів, ядро \u200b\u200bзнову перетвориться в атом або іон того ж елемента. Атоми, іони і ядра узагальнено називаються нуклідами.

Для позначення нуклідів використовують символи елементів (ви пам'ятаєте, що вони можуть позначати і один атом) з лівими індексами: верхній дорівнює масовому числу, нижній - числу протонів. Приклади позначення нуклідів:

У загальному випадку

Тепер ми можемо сформулювати остаточне визначення поняття "хімічний елемент".

Так як заряд ядра визначається числом протонів, то хімічним елементом можна назвати сукупність нуклідів з однаковим числом протонов.Вспомнів сказане на початку параграфа, ми можемо уточнити один з найважливіших хімічних законів.

При хімічних реакціях (і при фізичних взаємодіях, що не зачіпають ядра) нукліди не виникають, не зникають і не перетворюються один в одного.

Отже, масове число дорівнює сумі числа протонів і числа нейтронів: А = Z + N. У нуклідів одного елемента заряд ядра однаковий ( Z= const), А число нейтронів N? У нуклідів одного елемента число нейтронів в ядрі може бути однаковим, а може і відрізнятися. Тому і масові числа нуклідів одного елемента можуть бути різними. Приклади нуклідів одного елемента з різними масовими числами - різні стійкі нукліди олова, характеристики яких наведені в табл. 12. У нуклідів з однаковими масовими числами маса однакова, а у нуклідів з різними масовими числами - різна. Звідси випливає, що атоми одного елемента можуть відрізнятися за масою.

Отже, у нуклідів одного ізотопу однакове число протонів (так як це один елемент), однакове число нейтронів (так як це один ізотоп) і, природно, однакова маса. Такі нукліди абсолютно однакові і тому принципово неможливо розрізнити. (У фізиці під словом "ізотоп" іноді мають на увазі і одінт нуклід даного ізотопу)

Нукліди різних ізотопів одного елемента відрізняються масовими числами, тобто числами
нейтронів, і масою.

Загальна кількість відомих ученим нуклідів наближається до 2000. З них стійкі, тобто існують в природі, близько 300. Елементів в даний час, включаючи штучно отримані, відомо 110. (Серед нуклідів фізики виділяють ізобари- нукліди з однаковою масою (незалежно від заряду))
Багато елементів мають по одному природному ізотопу, наприклад, Be, F, Nа, Al, P, Mn, Co, I, Au і деякі інші. Але більшість елементів мають по два, по три і більше стійких ізотопу.
Для опису складу атомних ядер іноді розраховують частки протонів або нейтронів в цих ядрах.

де D i - частка цікавлять нас об'єктів (наприклад, сьоме),
N 1 - число перших об'єктів,
N 2 - число інших об'єктів,
N 3 - число третє об'єктів,
N i - число цікавлять нас об'єктів (наприклад, сьоме),
N n - число останніх за рахунком об'єктів.

Для скорочення запису формул в математиці знаком позначають суму всіх чисел N i, Від першого ( i \u003d 1) до останнього ( i = n). У нашій формулі це означає, що підсумовуються числа всіх об'єктів: від першого ( N 1) до останнього ( N n).

Приклад. У коробці лежать 5 зелених олівців, 3 червоних і 2 синіх; потрібно визначити частку червоних олівців.

N 1 \u003d n з, N 2 = N до, N 3 = n c;

Частка може виражатися простою або десятковим дробом, а також у відсотках, наприклад:

Нуклідів, ИЗОТОП, ДОЛЯ
1.Определите частку протонів в ядрі атома. .Определіте частку нейтронів в цьому ядрі.
2.Яка частка нейтронів в ядрах нуклідів
3.Массовое число нукліда одно 27. Частка протонів в ньому 48,2%. Нуклідом якого елемента є даний нуклід?
4.У ядрі нукліда частка нейтронів 0,582. Визначте Z.
5.Під скільки разів маса атома важкого ізотопу урану 92 U, що містить 148 нейтронів в ядрі, більша за масу атома легкого ізотопу урану, що містить в ядрі 135 нейтронів?

4.4. Кількісні характеристики атомів і хімічних елементів

З кількісних характеристик атома вам вже знайомі масове число, число нейтронів в ядрі, число протонів в ядрі і заряд ядра.
Так як заряд протона дорівнює елементарного позитивного заряду, то число протонів в ядрі ( Z) І заряд цього ядра ( q я), виражений в елементарних електричних зарядах, чисельно рівні. Тому, як і число протонів, заряд ядра зазвичай позначають буквою Z.
Число протонів однаково для всіх нуклідів будь-якого елементу, тому воно може використовуватися як характеристика цього елемента. У цьому випадку воно називається атомним номером.

Так як електрон "легше" будь-якого з нуклонів майже в 2000 разів, маса атома ( m o) зосереджена перш за все в ядрі. Її можна вимірювати в кілограмах, але це дуже незручно.
Наприклад, маса найлегшого атома - атома водню - дорівнює 1,674. 10 27 кг, і навіть маса найважчого з існуючих на Землі атомів - атома урану - дорівнює всього лише 3,952. 10 25 кг. Навіть використовуючи найменшу десяткову частку грама - аттограмом (аг), ми отримаємо значення маси атома водню m o (H) \u003d \u003d 1,674. 10 9 аг. Дійсно, незручно.
Тому в якості одиниці вимірювань мас атомів використовується спеціальна атомна одиниця маси, для якої знаменитий американський хімік Лайнус Полінг (1901 - 1994) запропонував назву "Дальтон".

Атомна одиниця маси з точністю, достатньою в хімії, дорівнює масі будь-якого нуклона і близька до маси атома водню, ядро \u200b\u200bякого складається з одного протона. У 11-му класі з курсу фізики ви дізнаєтеся, чому вона в дійсності трохи менше маси будь-який з цих частинок. З міркувань зручності вимірювань атомна одиниця маси визначається через масу нукліда найпоширенішого ізотопу вуглецю.

Позначення атомної одиниці маси - а. е. м. або Дн.
1Дн \u003d 1,6605655. 10 27 кг 1,66. 10 27 кг.

Якщо масу атома вимірюють в Дальтон, то за традицією її називають не "маса атома", а атомна маса.Маса атома і атомна маса - одна і та ж фізична величина. Так як мова йде про масу одного атома (нуклида), то її називають атомною масою нукліда.

Позначається атомна маса нукліда буквами А r із зазначенням символу нуклида, наприклад:
А r(16 O) - атомна маса нукліда 16 O,
A r(35 Cl) - атомна маса нукліда 35 Сl,
A r(27 Аl) - атомна маса нукліда 27 Аl.

Якщо у елемента є кілька ізотопів, то цей елемент складається з нуклідів з різною масою. У природі ізотопний склад елементів зазвичай постійний, тому для кожного елемента можна порахувати середню масу атомівцього елемента ():

де D 1 , D 2 , ..., D i - частка 1-го, 2-го, ... , i-го ізотопу;
m 0 (1), m 0 (2), ..., m 0 (i) - маса нукліда 1-го, 2-го, ..., i-го ізотопу;
n - загальне число ізотопів даного елемента.
Якщо середню масу атомів елемента вимірюють в Дальтон, то в цьому випадку її називають атомною масою елемента.

Позначається атомна маса елемента так само, як і атомна маса нукліда, буквами А r, але в дужках вказується не символ нуклида, а символ відповідного елемента, наприклад:
А r (O) - атомна маса кисню,
А r (Сl) - атомна маса хлору,
А r (Аl) - атомна маса алюмінію.

Так як атомна маса елемента і середня маса атома цього елемента - одна і та ж фізична величина, виражена в різних одиницях вимірювання, то і формула для обчислення атомної маси елемента аналогічна формулі для обчислення середньої маси атомів цього елемента:

де D 1 , D 2 , ..., D n - частка 1-го, 2-го, ..., i-того ізотопу;
А r(1), А r(2), ..., A r(i) - атомна маса 1-го, 2-го, ..., i-го ізотопу;
п -загальне число ізотопів даного елемента.

АТОМНИЙ НОМЕР ЕЛЕМЕНТА, МАСА атома (нуклідів), АТОМНА МАСА нуклідів, АТОМНА ОДИНИЦЯ МАСИ, АТОМНА МАСА ЕЛЕМЕНТА

4) Яка частка а) атомів кисню в оксиді азоту N 2 O 5; б) атомів сірки в сірчаної кислоти? 5) Беручи атомну масу нукліда чисельно рівній масового числа, розрахуйте атомну масу бору, якщо природна суміш ізотопів бору містить 19% ізотопу 10 В і 81% ізотопу 11 В.

6) Беручи атомну масу нукліда чисельно рівній масового числа, розрахуйте атомні маси таких елементів, якщо частки їх ізотопів в природній суміші (ізотопний склад) складають: а) 24 Mg - 0,796 25 Mg - 0,091 26 Mg - 0,113
б) 28 Si - 92,2% 29 Si - 4,7% 30 Si - 3,1%
в) 63 Cu - 0,691 65 Cu - 0,309

7) Визначте ізотопний склад природного талію (в частках відповідних ізотопів), якщо в природі зустрічаються ізотопи талій-207 і талій-203, а атомна маса талію дорівнює 204,37 Дн.

8) Природний аргон складається з трьох ізотопів. Частка нуклідів 36 Аr становить 0,34%. Атомна маса аргону - 39,948 Дн. Визначте, в якому співвідношенні зустрічаються в природі 38 Аr і 40 Аr.

9) Природний магній складається з трьох ізотопів. Атомна маса магнію - 24,305 Дн. Частка ізотопу 25 Mg - 9,1%. Визначте частки інших двох ізотопів магнію з масовими числами 24 і 26.

10) У земній корі (атмосфері, гідросфері і літосфері) атоми літію-7 зустрічаються приблизно в 12,5 разів частіше, ніж атоми літію-6. Визначте атомну масу літію.

11) Атомна маса рубідію - 85,468 Дн. У природі зустрічаються 85 Rb і 87 Rb. Визначте, у скільки разів легкого ізотопу рубідію більше, ніж важкого.

"Випущені перші п'ять тепловиділяючих збірок ТВЗ МОКС-палива для реактора БН-800 Белоярской АЕС. Тим самим завершено етап освоєння виробництва технологічного комплексу МОКС ДХК", - повідомила прес-служба ДХК.

Зараз реалізуються заходи, розроблені ДХК спільно з рядом підприємств Росатома, і спрямовані на підвищення продуктивності виробництва, щоб виконати річний план - 40 паливних збірок.

Енергоблок №4 Белоярской АЕС необхідний для відпрацювання ряду технологій замикання ядерного паливного циклу на базі "швидких" реакторів. В такому замкненому циклі за рахунок розширеного відтворення ядерного "палива", як вважається, істотно розшириться паливна база атомної енергетики, а також з'явиться можливість зменшити обсяги радіоактивних відходів завдяки "випалювання" небезпечних радіонуклідів. Росія, як відзначають експерти, займає перше місце в світі в технологіях будівництва реакторів на швидких нейтронах.

Блок №4 БАЕС з реактором БН-800 став прототипом більш потужних комерційних "швидких" енергоблоків БН-1200. Раніше повідомлялося, що рішення про будівництво пілотного блоку БН-1200 також на Белоярской АЕС може бути прийнято на початку 2020-х років.

Реактор БН-800 розрахований на використання в ньому МОКС-палива, в якому можна застосовувати плутоній, виділений в процесі переробки відпрацьованого ядерного палива реакторів на теплових нейтронах, що становлять основу сучасної атомної енергетики. Промислове виробництво МОКС-палива для БН-800 було побудовано на ДХК за участю більше 20 організацій російської атомної галузі.

Початкова паливна завантаження реактора БН-800 була сформована в основному з традиційного, уранового оксидного палива. При цьому частина паливних збірок містить МОКС-паливо, виготовлене на досвідчених виробництвах інших підприємств Росатома - НДІАР (Димитровград, Ульяновська область) і "Виробничого об'єднання" Маяк "(ЗАТО Озерськ, Челябінська область). З часом реактор БН-800 повинен бути переведений на МОКС-паливо виробництва ДХК.

Федеральне державне унітарне підприємство "Гірничо-хімічний комбінат" (входить в дивізіон заключній стадії життєвого циклу об'єктів використання атомної енергії Росатома) має статус федеральної ядерної організації. ДХК - ключове підприємство Росатома зі створення технологічного комплексу замкнутого ядерного паливного циклу на основі інноваційних технологій нового покоління. На ДХК вперше в світі зосереджені відразу три високотехнологічних переділу - зберігання відпрацьованого ядерного палива реакторів АЕС, його переробка і виробництво нового ядерного МОКС-палива для реакторів на швидких нейтронах.

Нейтрон (елементарна частинка)

Дана стаття була написана Володимиром Горуновіч для сайту "ВікіОсвіта", поміщена на цей сайт з метою захисту інформації від вандалів, а потім доповнена на цьому сайті.

Польова теорія елементарних частинок, діючи в рамках НАУКИ, спирається на перевірений фізики фундамент:

Класичну електродинаміку,
Квантову механіку,
Закони збереження - фундаментальні закони фізики.

У цьому принципова відмінність наукового підходу, використаного польовий теорією елементарних частинок - справжня теорія повинна строго діяти в рамках законів природи: в цьому і полягає НАУКА.

Використовувати неіснуючі в природі елементарні частинки, вигадувати неіснуючі в природі фундаментальні взаємодії, або підміняти існуючі в природі взаємодії казковими, ігнорувати закони природи, займаючись математичними маніпуляціями над ними (створюючи видимість науки) - це доля СКАЗОК, які видаються за науку. В результаті фізика скочувалася в світ математичних казок.

1 Радіус нейтрона
2 Магнітний момент нейтрона
3 Електричне поле нейтрона
4 Маса спокою нейтрона
5 Час життя нейтрона
6 Нова фізика: Нейтрон (елементарна частинка) - підсумок

Нейтрон - елементарна частинка квантове число L \u003d 3/2 (спін \u003d 1/2) - група баріонів, підгрупа протона, електричний заряд +0 (систематизація по польовій теорії елементарних частинок).

Згідно польовий теорії елементарних частинок (теорії - побудованої на науковому фундаменті і єдиною отримала правильний спектр всіх елементарних частинок), нейтрон складається з обертового поляризованого змінного електромагнітного поля з постійною складовою. Все голослівні твердження Стандартної моделі про те, що нейтрон нібито складається з кварків, не мають нічого спільного з дійсністю. - Фізика експериментально довела, що нейтрон має електромагнітними полями (нульова величина сумарного електричного заряду, ще не означає відсутність дипольного електричного поля, що побічно змушена була визнати навіть Стандартна модель, ввівши електричні заряди у елементів структури нейтрона), і ще гравітаційним полем. Про те, що елементарні частинки не просто володіють - а складаються з електромагнітних полів, фізика геніально здогадалася ще 100 років тому, але ось побудувати теорію ніяк не вдавалося до 2010 року. Тепер в 2015 році з'явилася ще і теорія гравітації елементарних частинок, яка встановила електромагнітну природу гравітації і отримала рівняння гравітаційного поля елементарних частинок, відмінні від рівнянь гравітації, на підставі яких була побудована не одна математична казка у фізиці.

Структура електромагнітного поля нейтрона (E-постійне електричне поле, H-постійне магнітне поле, жовтим кольором відмічено змінне електромагнітне поле).

Енергетичний баланс (відсоток від усієї внутрішньої енергії):

постійне електричне поле (E) - 0,18%,
постійне магнітне поле (H) - 4,04%,
змінне електромагнітне поле - 95,78%.

Наявність потужного постійного магнітного поля пояснює володіння нейтроном ядерними силами. Структура нейтрона приведена на малюнку.

Незважаючи на нульовий електричний заряд, нейтрон володіє дипольним електричним полем.

1 Радіус нейтрона

Польова теорія елементарних частинок визначає радіус (r) елементарної частинки як відстань від центру до точки в якій досягається максимум щільності маси.

Для нейтрона це буде 3,3518 ∙ 10 -16 м. До цього треба додати ще товщину шару електромагнітного поля 1,0978 ∙ 10 -16 м.

Тоді вийде 4,4496 ∙ 10 -16 м. Таким чином, зовнішня межа нейтрона повинна знаходитися від центру на відстані більш 4,4496 ∙ 10 -16 м. Вийшла величина майже рівна радіусу протона і це не дивно. Радіус елементарної частинки визначається квантовим числом L і величиною маси спокою. У обох частинок однаковий набір квантових чисел L та M L, а маси спокою незначно.

2 Магнітний момент нейтрона

На противагу квантової теорії польова теорія елементарних частинок стверджує, що магнітні поля елементарних частинок не створюються спіновим обертання електричний зарядів, а існують одночасно з постійним електричним полем як постійна складова електромагнітного поля. Тому магнітні поля є у всіх елементарних частинок з квантовим числом L\u003e 0.

Польова теорія елементарних частинок не вважає магнітний момент нейтрона аномальним - його величина визначається набором квантових чисел в тій мірі, в якій квантова механіка працює в елементарної частинки.

Так магнітний момент нейтрона створюється струмом:

(0) з магнітним моментом -1 eħ / m 0n c

Далі множимо його на відсоток енергії змінного електромагнітного поля нейтрона розділений, на 100 відсотків, і переводимо в ядерні магнетон. При цьому не слід забувати, що ядерні магнетон враховують масу протона (m 0p), а не нейтрона (m 0n), так що отриманий результат треба помножити на відношення m 0p / m 0n. В результаті отримаємо 1,91304.

3 Електричне поле нейтрона

Незважаючи на нульовий електричний заряд, згідно польовий теорії елементарних частинок у нейтрона повинно бути постійне електричне поле. У електромагнітного поля, з якого складається нейтрон, є постійна складова, а, отже, у нейтрона повинні бути постійне магнітне поле і постійне електричне поле. Оскільки електричний заряд дорівнює нулю то постійне електричне поле буде дипольним. Тобто у нейтрона повинно бути постійне електричне поле аналогічне полю двох розподілених паралельних електричних зарядів рівних за величиною і протилежного знака. На великих відстанях електричне поле нейтрона буде практично непомітно через взаємної компенсації полів обох знаків заряду. Але на відстанях порядку радіусу нейтрона це поле буде робити істотний вплив на взаємодії з іншими елементарними частинками близьких за розмірами. Це, перш за все, стосується взаємодії в атомних ядрах нейтрона з протоном і нейтрона з нейтроном. Для нейтрон - нейтронного взаємодії це будуть сили відштовхування при однаковому напрямку спінів і сили тяжіння при протилежному напрямку спінів. Для нейтрон - протонного взаємодії знак сили залежить не тільки від орієнтації спінів, але ще і від зсуву між площинами обертання електромагнітних полів нейтрона і протона.

Отже, у нейтрона повинно бути дипольне електричне поле двох розподілених паралельних симетричних кільцевих електричних зарядів (+ 0.75e і -0.75e), середнього радіусу , Розташованих на відстані

Електричний дипольний момент нейтрона (згідно польовий теорії елементарних частинок) дорівнює:

де ħ - постійна Планка, L - головне квантове число в польовий теорії елементарних частинок, e - елементарний електричний заряд, m 0 - маса спокою нейтрона, m 0 ~ - маса спокою нейтрона, укладена в змінному електромагнітному полі, c - швидкість світла, P - вектор електричного дипольного моменту (перпендикулярний площині нейтрона, проходить через центр частинки і спрямований в бік позитивного електричного заряду), s - середня відстань між зарядами, re - електричний радіус елементарної частинки.

Як бачите, електричні заряди близькі за величиною до зарядів передбачуваних кварків (+ 2 / 3e \u003d + 0.666e і -2 / 3e \u003d -0.666e) в нейтрони, але на відміну від кварків, електромагнітні поля в природі існують, і аналогічною структурою постійного електричного поля має будь-яка нейтральна елементарна частинка, незалежно від величини спина і ....

Потенціал електричного дипольного поля нейтрона в точці (А) (в ближній зоні 10s\u003e r\u003e s приблизно), в системі СІ дорівнює:

де θ - кут між вектором дипольного моменту Pі напрямком на точку спостереження А, r 0 - нормувальний параметр рівний r 0 \u003d 0.8568Lħ / (m 0 ~ c), ε 0 - електрична постійна, r - відстань від осі (обертання змінного електромагнітного поля) елементарної частинки до точки спостереження А, h - відстань від площини частки (що проходить через її центр) до точки спостереження А, he - середня висота розташування електричного заряду в нейтральній елементарної частинки (дорівнює 0.5s), | ... | - модуль числа, P n - величина вектора P n. (В системі СГС відсутня множник.)

Напруженість E електричного дипольного поля нейтрона (в ближній зоні 10s\u003e r\u003e s приблизно), в системі СІ дорівнює:

де n=r/ | R | - одиничний вектор з центру диполя в напрямку точки спостереження (А), точкою (∙) позначено скалярний твір, жирним шрифтом виділені вектора. (В системі СГС відсутня множник.)

Компоненти напруженості електричного дипольного поля нейтрона (в ближній зоні 10s\u003e r\u003e s приблизно) поздовжня (| |) (уздовж радіус-вектора, проведеного від диполя в дану точку) і поперечна (_ | _) в системі СІ:

де θ - кут між напрямком вектора дипольного моменту P n і радіус-вектором в точку спостереження (в системі СГС відсутня множник).

Третя компонента напруженості електричного поля - ортогональна площині, в якій лежать вектор дипольного моменту P n нейтрона і радіус-вектор, - завжди дорівнює нулю.

Потенційна енергія U взаємодії електричного дипольного поля нейтрона (n) з електричним дипольним полем іншою нейтральною елементарної частинки (2) в точці (А) в дальній зоні (r \u003e\u003e s), в системі СІ дорівнює:

де θ n2 - кут між векторами дипольних електричних моментів P n і P 2, θ n - кут між вектором дипольного електричного моменту P n і вектором r, Θ 2 - кут між вектором дипольного електричного моменту P 2 і вектором r, r - вектор з центру дипольного електричного моменту p n в центр дипольного електричного моменту p 2 (в точку спостереження А). (В системі СГС відсутня множник)

Нормувальний параметр r 0 вводиться з метою зменшення відхилення значення E, від розрахованого за допомогою класичної електродинаміки і інтегрального числення в ближній зоні. Нормировка відбувається в точці, що лежить в площині паралельній площині нейтрона, віддаленої від центру нейтрона на відстань (в площині частки) і зі зміщенням по висоті на h \u003d ħ / 2m 0 ~ c, де m 0 ~ - величина маси укладеної в змінному електромагнітному полі покоїться нейтрона (для нейтрона m 0 ~ \u003d 0.95784 m. для кожного рівняння параметр r 0 розраховується самостійно. як приблизного значення можна взяти польовий радіус:

З усього вищесказаного випливає, що електричне дипольне поле нейтрона (про існування якого в природі, фізика 20 століття і не здогадувалася), згідно із законами класичної електродинаміки, буде взаємодіяти з зарядженими елементарними частинками.

4 Маса спокою нейтрона

Відповідно до класичної електродинаміки і формулою Ейнштейна, маса спокою елементарних частинок з квантовим числом L\u003e 0, в тому числі і нейтрона, визначається як еквівалент енергії їх електромагнітних полів:

де певний інтеграл береться по всьому електромагнітного поля елементарної частинки, E - напруженість електричного поля, H - напруженість магнітного поля. Тут враховуються всі компоненти електромагнітного поля: постійне електричне поле (яке у нейтрона є), постійне магнітне поле, змінне електромагнітне поле. Ця маленька, але дуже ємна для фізики формула, на підставі якої отримано рівняння гравітаційного поля елементарних частинок, відправить в утиль не одну казкову "теорію" - тому її зненавидять деякі їх автори.

Як випливає з наведеної формули, величина маси спокою нейтрона залежить від умов, в яких нейтрон знаходиться. Так помістивши нейтрон в постійне зовнішнє електричне поле (наприклад, атомне ядро), ми вплинемо на E 2, що відіб'ється на масі нейтрона і його стабільності. Аналогічна ситуація виникне при приміщенні нейтрона в постійне магнітне поле. Тому деякі властивості нейтрона всередині атомного ядра, відрізняються від тих же властивостей вільного нейтрона в вакуумі, далеко від полів.

5 Час життя нейтрона

Встановлене фізикою час життя 880 секунд відповідає вільному нейтрону.

Польова теорія елементарних частинок стверджує, що час життя елементарної частинки залежить від умов, в яких вона знаходиться. Помістивши нейтрон у зовнішнє поле (наприклад, магнітне) ми змінюємо енергію, що міститься в його електромагнітному полі. Можна вибрати напрямок зовнішнього поля так, щоб внутрішня енергія нейтрона зменшилася. В результаті при розпаді нейтрона виділиться менше енергії, що утруднить розпад і збільшить час життя елементарної частинки. Можна підібрати таку величину напруженості зовнішнього поля, що розпад нейтрона вимагатиме додаткової енергії і, отже, нейтрон стане стабільним. Саме це спостерігається в атомних ядрах (наприклад, дейтерію), в них магнітне поле сусідніх протонів не допускає розпад нейтронів ядра. В іншому при внесенні в ядро \u200b\u200bдодаткової енергії розпади нейтронів знову можуть стати можливими.

6 Нова фізика: Нейтрон (елементарна частинка) - підсумок

Стандартна модель (опущена в даній статті, але яка в 20 столітті претендувала на істину) стверджує, що нейтрон є пов'язаною станом трьох кварків: одного "верхнього" (u) і двох "нижніх" (d) кварків (передбачувана кваркова структура нейтрона: udd ). Оскільки наявність кварків в природі експериментально доведено, електричний заряд, рівний по величині заряду гіпотетичних кварків в природі не виявлено, а є лише непрямі свідчення, які можна інтерпретувати як наявність слідів кварків в деяких взаємодіях елементарних частинок, але можна і інтерпретувати інакше, то твердження стандартної моделі, що нейтрон має кварковой структурою залишається всього лише бездоказовим припущенням. Будь-яка модель, в тому числі і Стандартна можемо припустити будь-яку структуру елементарних частинок включає нейтрона, але поки на прискорювачах не будуть виявлені відповідні частки, з яких нібито складається нейтрон, твердження моделі слід вважати не доведеним.

Стандартна модель, описуючи нейтрон, вводити не знайдені в природі кварки з глюонами (глюони теж ніхто не знайшов), яких не існує в природі поля і взаємодії і вступає в протиріччя з законом збереження енергії;

Польова теорія елементарних частинок (Нова фізика) описує нейтрон виходячи з існуючих в природі полів і взаємодій в рамках, що діють в природі законів - в цьому і полягає НАУКА.

Володимир Горуновіч

Глава перша. Властивості СТАБІЛЬНИХ ядер

Вище вже було сказано, що ядро \u200b\u200bскладається з протонів і нейтронів, пов'язаних ядерними силами. Якщо вимірювати масу ядра в атомних одиницях маси, то вона повинна бути близька до маси протона, помноженої на ціле число зване масовим числом. Якщо заряд ядра а масове число то це означає, що до складу ядра входить протонів і нейтронів. (Число нейтронів в складі ядра позначається зазвичай через

Ці властивості ядра відображені в символічних позначеннях, які будуть використані в подальшому у вигляді

де X - назва елемента, атому якого належить ядро \u200b\u200b(наприклад, ядра: гелію -, кисню -, заліза - урану

До числа основних характеристик стабільних ядер можна віднести: заряд, масу, радіус, механічний і магнітний моменти, спектр порушених станів, парність і квадрупольний момент. Радіоактивні (нестабільні) ядра додатково характеризуються часом життя, типом радіоактивних перетворень, енергією частинок, що випускаються і рядом інших спеціальних властивостей, про які буде сказано далі.

Перш за все розглянемо властивості елементарних частинок, з яких складається ядро: протона і нейтрона.

§ 1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ протонів і нейтронів

Маса. В одиницях маси електрона: маса протона маса нейтрона.

В атомних одиницях маси: маса протона маса нейтрона

В енергетичних одиницях маса спокою протона маса спокою нейтрона

Електричний заряд. q - параметр, що характеризує взаємодію частинки з електричним полем, виражається в одиницях заряду електрона де

Всі елементарні частинки несуть кількість електрики, рівне або 0, або Заряд протона Заряд нейтрона дорівнює нулю.

Спін. Спини протона і нейтрона рівні Обидві частки є ферміонами і підкоряються статистиці Фермі-Дірака, а отже, і принципу Паулі.

Магнітний момент. Якщо підставити в формулу (10), що визначає магнітний момент електрона замість маси електрона масу протона, отримаємо

Величина називається ядерним магнітонов. Можна було припустити по аналогії з електроном, що спіновий магнітний момент протона дорівнює Однак досвід показав, що власний магнітний момент протона більше ядерного магнетона: за сучасними даними

Крім того, виявилося, що незаряджена частинка - нейтрон - також має магнітний момент, відмінний від нуля і рівний

Наявність магнітного моменту у нейтрона і настільки велике значення магнітного моменту у протона суперечать припущенням про точечності цих частинок. Ряд експериментальних даних, отриманих в останні роки, свідчить про те, що і протон і нейтрон мають складної неоднорідною структурою. У центрі нейтрона при цьому знаходиться позитивний заряд, а на периферії рівний йому за величиною розподілений в обсязі частки негативний заряд. Але оскільки магнітний момент визначається не тільки величиною обтекающего струму, але і охоплена їм площею, то створювані ними магнітні моменти не будуть рівні. Тому нейтрон може володіти магнітним моментом, залишаючись в цілому нейтральним.

Взаємні перетворення нуклонів. Маса нейтрона більша за масу протона на 0,14%, або на 2,5 маси електрона,

У вільному стані нейтрон розпадається на протон, електрон і антинейтрино: Середній час життя його близько до 17 хв.

Протон - частка стабільна. Однак всередині ядра він може перетворюватися в нейтрон; при цьому реакція йде за схемою

Різниця в масах частинок, що стоять зліва і справа, компенсується за рахунок енергії, що повідомляється протону іншими нуклонами ядра.

Протон і нейтрон мають однакові спини, майже однакові маси і можуть перетворюватися один в одного. Надалі буде показано, що і ядерні сили, що діють між цими частками попарно, теж однакові. Тому їх називають загальним найменуванням - нуклон і кажуть, що нуклон може перебувати в двох станах: протон і нейтрон, що відрізняються своїм ставленням до електромагнітного поля.

Нейтрони і протони взаємодіють завдяки існуванню ядерних сил, що мають неелектричних природу. Своїм походженням ядерні сили зобов'язані обміну мезонами. Якщо зобразити залежність потенційної енергії взаємодії протона і нейтрона малих енергій від відстані між ними то наближено вона матиме вигляд графіка, представленого на рис. 5, а, т. Е. Має форму потенційної ями.

Мал. 5. Залежність потенційної енергії взаємодії від відстані між нуклонами: а - для пар нейтрон - нейтрон або нейтрон - протон; б - для пари протон - протон

Що таке нейтрон? Які його структура, властивості і функції? Нейтрони - це найбільші з частинок, що складають атоми, які є будівельними блоками всієї матерії.

структура атома

Нейтрони знаходяться в ядрі - щільної області атома, також заповненої протонами (позитивно зарядженими частинками). Ці два елементи утримуються разом за допомогою сили, називаємо ядерної. Нейтрони мають нейтральний заряд. Позитивний заряд протона зіставляється з негативним зарядом електрона для створення нейтрального атома. Незважаючи на те що нейтрони в ядрі не впливають на заряд атома, вони все ж мають багато властивостей, які впливають на атом, включаючи рівень радіоактивності.

Нейтрони, ізотопи і радіоактивність

Частка, яка знаходиться в ядрі атома - нейтрон на 0,2% більше протона. Разом вони складають 99,99% всієї маси одного і того ж елемента можуть мати різну кількість нейтронів. Коли вчені посилаються на атомну масу, вони мають на увазі середню атомну масу. Наприклад, вуглець зазвичай має 6 нейтронів і 6 протонів з атомною масою 12, але іноді він зустрічається з атомною масою 13 (6 протонів і 7 нейтронів). Вуглець з атомним номером 14 також існує, але зустрічається рідко. Отже, атомна маса для вуглецю усредняется до 12,011.

Коли атоми мають різну кількість нейтронів, їх називають ізотопами. Вчені знайшли способи додавання цих частинок в ядро \u200b\u200bдля створення великих ізотопів. Тепер додавання нейтронів не впливає на заряд атома, так як вони не мають заряду. Однак вони збільшують радіоактивність атома. Це може привести до дуже нестійким атомам, які можуть розряджати високі рівні енергії.

Що таке ядро?

У хімії ядро \u200b\u200bє позитивно зарядженим центром атома, який складається з протонів і нейтронів. Слово «ядро» походить від латинського nucleus, яке є формою слова, що означає "горіх" або "ядро". Цей термін був придуманий в 1844 році Майклом Фарадеєм для опису центру атома. Науки, що беруть участь в дослідженні ядра, вивченні його складу і характеристик, називаються ядерною фізикою і ядерної хімією.

Протони і нейтрони утримуються сильної ядерної силою. Електрони притягуються до ядра, але рухаються так швидко, що їх обертання здійснюється на деякій відстані від центру атома. Заряд ядра зі знаком плюс виходить від протонів, а що таке нейтрон? Це частинка, яка не має електричного заряду. Майже весь вага атома міститься в ядрі, так як протони і нейтрони мають набагато більшу масу, ніж електрони. Число протонів в атомному ядрі визначає його ідентичність як елемента. Число нейтронів означає, який ізотоп елемента є атомом.

Розмір атомного ядра

Ядро набагато менше загального діаметра атома, тому що електрони можуть бути віддалені від центру. Атом водню в 145 000 разів більше свого ядра, а атом урану в 23 000 разів більше свого центру. Ядро водню є найменшим, тому що воно складається з одиночного протона.

Розташування протонів і нейтронів в ядрі

Протон і нейтрони зазвичай зображуються як ущільнені разом і рівномірно розподілені за сферами. Однак це спрощення фактичної структури. Кожен нуклон (протон або нейтрон) може займати певний рівень енергії і діапазон місць розташування. У той час як ядро \u200b\u200bможе бути сферичним, воно може бути також грушовидним, кулястим або дисковидні.

Ядра протонів і нейтронів є баріони, що складаються з найменших званих кварками. Сила тяжіння має дуже короткий діапазон, тому протони і нейтрони повинні бути дуже близькі один до одного, щоб бути пов'язаними. Це сильне тяжіння долає природне відштовхування заряджених протонів.

Протон, нейтрон і електрон

Потужним поштовхом у розвитку такої науки, як ядерна фізика, стало відкриття нейтрона (1932 рік). Дякувати за це слід англійського фізика який був учнем Резерфорда. Що таке нейтрон? Це нестабільна частинка, яка у вільному стані всього за 15 хвилин здатна розпадатися на протон, електрон і нейтрино, так звану безмассового нейтральну частку.

Частка отримала свою назву через те, що вона не має електричного заряду, вона нейтральна. Нейтрони є надзвичайно щільними. В ізольованому стані один нейтрон матиме масу всього 1,67 · 10 - 27, а якщо взяти чайну ложку щільно упаковану нейтронами, то вийшов шматок матерії буде важити мільйони тонн.

Кількість протонів в ядрі елемента називається атомним номером. Це число дає кожному елементу свою унікальну ідентичність. В атомах деяких елементів, наприклад вуглецю, число протонів в ядрах завжди однаково, але кількість нейтронів може відрізнятися. Атом даного елемента з певною кількістю нейтронів в ядрі називається ізотопом.

Чи небезпечні поодинокі нейтрони?

Що таке нейтрон? Це частинка, яка поряд з протоном входить в Однак іноді вони можуть існувати самі по собі. Коли нейтрони знаходяться поза ядер атомів, вони набувають потенційно небезпечні властивості. Коли вони рухаються з високою швидкістю, вони виробляють смертельну радіацію. Так звані нейтронні бомби, відомі своєю здатністю вбивати людей і тварин, при цьому надають мінімальний вплив на неживі фізичні структури.

Нейтрони є дуже важливою частиною атома. Висока щільність цих частинок в поєднанні з їх швидкістю надає їм надзвичайну руйнівну силу і енергію. Як наслідок, вони можуть змінити або навіть розірвати на частини ядра атомів, які вражають. Хоча нейтрон має чистий нейтральний електричний заряд, він складається з заряджених компонентів, які скасовують один одного щодо заряду.

Нейтрон в атомі - це крихітна частинка. Як і протони, вони занадто малі, щоб побачити їх навіть за допомогою електронного мікроскопа, але вони там є, тому що це єдиний спосіб, що пояснює поведінку атомів. Нейтрони дуже важливі для забезпечення стабільності атома, проте за межами його атомного центру вони не можуть існувати довго і розпадаються в середньому всього лише за 885 секунд (близько 15 хвилин).