Visa källa för Neutron

{{Olika betydelser|Neutron (olika betydelser)}}
{{Faktamall partikel
|namn                           = Neutron
|bild                           = 
|bildtext                       = 
|grundläggande_egenskaper_ref   = <ref>Uppgifterna i infoboxen om neutronens egenskaper är, om inte annat anges, hämtade från [[CODATA|CODATA Task Group on Fundamental Constants]]: {{Webbref|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Results?search_for=neutron|språk=engelska|utgivare=National Institute of Standards and Technology|titel=CODATA Recommended Values|hämtdatum=28 februari 2014|arkivurl=https://web.archive.org/web/20140304113150/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Results?search_for=neutron|arkivdatum=4 mars 2014}}</ref>
|symbol                         = {{Subatomär partikel|Neutron}}
|alternativnamn                 = 
|klassifikation                 = [[Fermion]] → [[Hadron]] → [[Baryon]] → [[Nukleon]]
|sammansättning                 = 1 [[uppkvark]]<br>2 [[nerkvark]]ar
|kvarkbild                      = Neutron quark structure.svg
|statistik                      = 
|generation                     = 
|växelverkan                    = [[Stark växelverkan]]<br />[[Svag växelverkan]]<br />[[Elektromagnetisk växelverkan]]<br />[[Gravitation]]
|status                         = 
|antipartikel                   = [[Antineutron]]
|typer                          = 
|historia_ref                   = 
|teoretiserad                   = [[Ernest Rutherford]]<ref name="chemed.chem.purdue.edu">{{Webbref|url=http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/history/rutherford.html|titel=Ernest Rutherford|utgivare=Chemed.chem.purdue.edu|hämtdatum=16 augusti 2012}}</ref> (1920)
|upptäckt                       = [[James Chadwick]]<ref name="1935 Nobel Prize in Physics">{{Webbref|url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1935/|titel=1935 Nobel Prize in Physics|utgivare=Nobelprize.org|hämtdatum=20 december 2018}}</ref> (1932)
|fysikaliska_egenskaper_ref     =
|laddning                       = Neutral
|massa                          = 1,008&nbsp;664&nbsp;916&nbsp;00(43)&nbsp;[[Atommassenhet|u]]<br>1,674&nbsp;927&nbsp;351(74)&nbsp;·&nbsp;10<sup>−27</sup>&nbsp;[[Kilogram|kg]]<br>1838,683&nbsp;6605(11)&nbsp;''[[Elektronmassa|m<sub>e</sub>]]''<br>939,565&nbsp;379(21)&nbsp;[[Elektronvolt|MeV/''c''<sup>2</sup>]]
|medellivslängd                 = 880,0(9) s (fri)<ref>J.&nbsp;Beringer et al. ([[Particle Data Group]]): ''2013 Review of Particle Physics.'' In: ''[[Physical Review D]].'' Bd. 86, 2012, 010001 och {{Webbref |url=http://pdg.web.cern.ch/pdg/2013/listings/rpp2013-list-n.pdf |språk=engelska |utgivare=Particle Data Group |titel=2013 partial update for the 2014 edition |hämtdatum=12 december 2014 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20140318175745/https://pdg.web.cern.ch/pdg/2013/listings/rpp2013-list-n.pdf |arkivdatum=18 mars 2014 }}.</ref>
|sönderfaller_med               = 
|sönderfaller_till              = 
|kärnradie                      = 
|elektriskt_dipolmoment         = 2,9&nbsp;·&nbsp;10<sup>−26</sup>&nbsp;''e''&nbsp;·&nbsp;cm&nbsp;(övre&nbsp;gräns)
|elektrisk_polariserbarhet      = 
|magnetiskt_moment              = −0,966&nbsp;236&nbsp;47(23)&nbsp;·&nbsp;10<sup>−26</sup>&nbsp;[[Joule|J]]&nbsp;/&nbsp;[[Tesla (enhet)|T]]<br>−1,04187563(25)&nbsp;·&nbsp;10<sup>−3</sup> [[Bohrmagnetonen|μB]]<br>−1,91304272(45) [[Kärnmagneton|μN]]
|magnetisk_polariserbarhet      = 
|färgladdning                   = 
|spinn                          = 1/2
|spinntillstånd                 = 
|leptontal                      = 
|baryontal                      = 
|särarom                        = 
|charmarom                      = 
|bottenarom                     = 
|topparom                       = 
|isospinn                       = 1/2 (z-komponent −1/2)
|svagt_isospinn                 = 
|svag_isospinnsprojektion       = 
|hyperladdning                  = 
|svag_hyperladdning             = 
|kiralitet                      = 
|BL                             = 
|X                              = 
|paritet                        = +1
|g-paritet                      = 
|c-paritet                      = 
|r-paritet                      = 
|kondenserad                    = ''[[Isospinn|I]]''(''[[Totalrörelsemängdskvanttal|J]]<sup>[[Intrinsikal paritet|P]]</sup>'') = 1⁄2(1⁄2<sup>+</sup>)
|g-faktor                       = −3,826 085 45(90)
|comptonspridning               = 1,319&nbsp;590&nbsp;9068(11)&nbsp;·&nbsp;10<sup>−15</sup>&nbsp;m
|gyromagnetisk_kvot             = 1,832&nbsp;471&nbsp;79(43)&nbsp;·&nbsp;10<sup>8</sup>&nbsp;1([[Sekund|s]][[Tesla (enhet)|T]])
}}
'''Neutronen''' ('''n''') är en [[subatomär partikel]] som tillsammans med [[proton]]er bildar en [[atomkärna]]. Olika antal neutroner i kärnan ger upphov till olika [[isotop]]er av ett grundämne. Neutronen har ingen [[elektrisk laddning]], den är neutral, har [[spinn]] ½, och massan 939,565 MeV/c² (1.6749 × 10<sup>−27</sup> kg, eller 1,00866490 [[Atommassa|u]], aningen mer än protonen).

Neutronen är en [[baryon]] som tillhör familjen [[hadron]]er, och består alltså av tre [[kvark]]ar, närmare bestämt en upp-kvark och två ner-kvarkar. Upp-kvarken har laddningen +2e/3 medan ner-kvarken har laddningen -e/3, därav är dess totala laddning noll.

== Stabilitet och sönderfall ==
[[Fil:Beta Negative Decay.svg|miniatyr|[[Feynmandiagram]] av neutronsönderfall]]
Utanför atomkärnan är neutronen instabil och [[sönderfall]]er med en medellivslängd 885,7 ± 0,8 sekund<ref>{{tidskriftsref |författare=C. Amsler et al. (Particle Data Group) |tidskrift=Physics Letters | volym=B667 |nummer=1 |år=2008 |titel=Baryon summary tables | url=http://pdg.lbl.gov/2008/tables/contents_tables_baryons.html  }}</ref>, som motsvarar en [[halveringstid]] på 10 minuter och 14 sekunder. Vid sönderfallet omvandlas neutronen till en [[elektron]], en [[antineutrino]] och en proton:

:<math>\hbox{n}\to\hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_{\mathrm{e}}</math>.

Sönderfallet sker genom [[svag växelverkan]], där en ''d''-kvark förvandlas till en ''u''-kvark, en elektron och en antineutrino. En negativ [[W-boson]] förmedlar den svaga växelverkan som en virtuell partikel.

Inne i atomkärnan sker normalt en ständig förvandling mellan neutroner och protoner genom att dessa partiklar utbyter [[pimeson|pion]]er, även kallade [[pimeson]]er.

== Växelverkan ==
Neutronen kan interagera genom alla de fyra [[Fundamental växelverkan|fundamentala krafterna]]: [[elektromagnetisk växelverkan|elektromagnetisk]], [[stark växelverkan|stark]] och [[svag växelverkan]] samt [[gravitation]]. 

Även om neutronens totala laddning är noll kan den växelverka elektromagnetiskt på två sätt: för det första har den ett [[magnetiskt moment]] av samma storleksordning som protonens, och för det andra är den uppbyggd av elektriskt laddade kvarkar. Den elektromagnetiska växelverkan är därför främst av intresse vid magnetisk växelverkan och vid [[djupt inelastisk spridning]], då en [[foton]] med hög energi växelverkar med en kvark inuti neutronen.

Den starka kraften är den som oftast är relevant i samband med protoner; den ser till att de tre kvarkarna som bygger upp dem binds till en enda partikel. Även den [[kärnkrafter|starka kärnkraften]], som binder samman protoner och neutroner till atomkärnor, är ett resultat av den starka växelverkan, och är även den främsta kraften av intresse när neutroner passerar genom massiva objekt, då neutroner till skillnad från laddade partiklar eller [[foton]]er inte kan förlora energi genom att [[excitation|exitera]] eller [[jonisation|jonisera]] atomer, utan fortsätter tills den kolliderar med en atomkärna. Detta gör att neutronstrålning tränger genom de flesta material och är därigenom särskilt farlig.

Den svaga växelverkan påverkar neutronen när den sönderfaller enligt ovan, och gravitation på samma sätt som andra kroppar. Gravitationen är dock så svag att den kan försummas i experiment inom [[partikelfysik]]en.

== Detektering ==
De vanliga metoderna för att detektera elektrisk laddade partiklar, genom att söka efter resultaten av jonisering, som till exempel i en [[Wilsonkammare]], fungerar inte för neutroner. Neutroner som sprids elastiskt mot atomkärnor kan visserligen skapa jonisationsspår, men sådana experiment är svåra att utföra, och därför används andra metoder där interaktionerna med atomkärnor är det viktiga.

En vanlig sådan metod går ut på att omvandla energin som frigörs vid dessa kollisioner till elektriska signaler. Nukliderna <sup>3</sup>He, <sup>6</sup>Li, <sup>10</sup>B, <sup>233</sup>U, <sup>235</sup>U, <sup>237</sup>Np och <sup>239</sup>Pu är användbara för detta. 

== Användningsområden ==
Neutronen spelar en viktig roll i de flesta [[kärnreaktion]]er, då [[neutroninfångning]] ofta leder till att kärnan blir [[radioaktivitet|radioaktiv]]. Kunskap om neutronen och dess egenskaper har varit speciellt viktigt vid utvecklandet av [[kärnvapen]] och [[kärnreaktor]]er.

'''Kall''', '''termisk''' och '''varm''' [[neutronstrålning]] används i anläggningar för [[neutronspridning]], där den används på liknande sätt som [[röntgenstrålning]] för att analysera [[kondenserad materia]]. Neutroner kompletterar mätningar med röntgen genom att skillnader i känslighet för [[magnetism]], energiområde, inträngningsförmåga, samt via atomernas [[reaktionstvärsnitt]].

Utvecklingen av [http://www.nature.com/nature/journal/v357/n6377/abs/357390a0.html "neutronlinser"] baserade på [[total inre reflektion]] i tunna glasrör eller via reflektion i [[aluminium]]plattor med urgröpningar har drivit på utvecklingen av [http://www.physorg.com/news599.html neutronmikroskopi] och [http://www.nasa.gov/vision/earth/technologies/nuggets.html neutron-/gammastrålnings-tomografi]. 

En annan användning av neutroner är för att detektera lätta atomkärnor, i synnerhet det [[väte]] man finner i [[vatten]]molekylen. När en snabb neutron kolliderar med en lätt kärna tappar den en stor andel av sin energi. Om man sänder snabba neutroner mot till exempel en markyta kommer neutronerna som kolliderar med [[väte]]atomerna i vattnet att reflekteras som långsamma neutroner. Genom att mäta, med en [[neutronprob]], hur stor andel av de utsända neutronerna som reflekteras som långsamma kan man bestämma fuktigheten i jorden.

I fusionsforskning används neutroner från fusionsplasma för att få information om plasmat. Till exempel kan neutronflödet användas för att uppskatta jontermperaturen i ett fusionsplasma<ref>{{Bokref|upplaga=2nd ed|titel=Principles of plasma diagnostics|url=https://www.worldcat.org/oclc/50124576|utgivare=Cambridge University Press|datum=2002|hämtdatum=2019-03-27|isbn=0521803896|oclc=50124576|förnamn=Hutchinson, I. H. (Ian H.),|efternamn=1951-}}</ref>. Neutrondiagnostik används bland annat på tokamak-reaktorn [[Joint European Torus|JET]] <ref>{{Tidskriftsref|rubrik=Advanced neutron diagnostics for JET and ITER fusion experiments|url=http://dx.doi.org/10.1088/0029-5515/45/9/019|tidskrift=Nuclear Fusion|år=2005-09|hämtdatum=2019-03-27|issn=0029-5515|sid=1191–1201|volym=45|nummer=9|doi=10.1088/0029-5515/45/9/019|förnamn=L|efternamn=Giacomelli|förnamn2=A|efternamn2=Hjalmarsson|förnamn3=H|efternamn3=Sjöstrand|förnamn4=W|efternamn4=Glasser|förnamn5=J|efternamn5=Källne|förnamn6=S|efternamn6=Conroy}}</ref>.

== Neutronkällor ==
Eftersom fria neutroner är instabila kan man endast få neutronstrålning via sönderfall av atomkärnor, [[kärnreaktion]]er och i hög-energetiska reaktioner (till exempel via [[kosmisk strålning]] eller i [[partikelaccelerator]]er). Neutronstrålar av fria neutroner fås från neutronkällor. För att få tillgång till intensiva neutronkällor måste forskare använda speciallaboratorier, som till exempel [[ISIS neutron source|ISIS]] i [[Storbritannien]], världens för närvarande mest intensiva källa för neutroner och [[myon]]er {{källa behövs||månad=2009-10}}.

Eftersom neutroner är totalt sett oladdade kan man inte styra eller accelerera dem via [[elektriskt fält|elektriska]] eller [[magnetfält|magnetiska]] [[fält (fysik)|fält]] på samma sätt som görs med laddade partiklar, då dessa endast påverkar neutronen svagt via dess magnetiska moment.

== Skydd ==
Att utsätta sig för fria neutroner är riskfyllt, eftersom fria neutroner som träffar atomkärnor kan förändra dessa så att [[grundämne|atomslag]] ändras, det vill säga att atomer förvandlas till atomer av andra [[grundämne]]n. Detta kan leda till att molekyler som atomerna ingår i ändras till sådant som kroppen inte är anpassad till att hantera – vilket kan leda till [[cancer]] eller andra problem. Atomkärnors infångning av neutroner kan även leda till att atomer blir radioaktiva och alltså i sin tur blir källor till farlig strålning. Fria neutroner har stor genomträngningsförmåga även genom tjocka väggar, och en livstid som i genomsnitt rör sig om minuter. För att skydda sig rekommenderas att vistas på största möjliga avstånd från neutronkällan och så kort tid som möjligt.

För andra typer av genomträngande strålning, till exempel gammastrålar, lämpar sig material av atomer med tunga atomkärnor, till exempel [[bly]], men dessa material lämpar sig mindre bra för att avskärma sig från fria neutroner – bland annat eftersom dessa material snabbt själva blir radioaktiva när de absorberar neutroner. För att avskärma sig från fria neutroner lämpar sig istället material av atomer med lätta atomkärnor, som dels inte så lätt blir radioaktiva och dels är effektivare när det gäller att bromsa ner neutronerna – eftersom atomkärnorna i dessa material har massor som ligger närmare neutronens, vilket gör att neutronerna studsar tillbaka från dem med mindre fart. Till exempel används väte-rika material (som exempelvis paraffin) ofta att skydda mot neutroner. Betong används också. Efter att ha saktats ner kan neutroner absorberas med exempelvis litium-6, en isotop som gärna tar upp långsamma neutroner utan att själv ge upphov till sekundär strålning. 

Neutroner absorberas så starkt av vanligt vatten (med den vanliga lätta väte-isotopen) att sådant vatten inte är optimalt att använda när man vill att neutronerna bara ska bromsas ner (och inte absorberas) av vattnet, så att neutronerna sedan lättare klyver atomkärnorna i bränslet i en kärnreaktor. Det tunga vätet (deuterium) i tungt vatten har en väldigt mycket lägre absorptionsbenägenhet för neutroner än normalt vatten (med den lätta väte-isotopen, protium). [[Deuterium]] används därför i reaktorer av CANDU-typ, när man vill sakta ner neutronerna för att öka sannolikheten att neutronerna åstadkommer kärnklyvning när de träffar atomkärnor i bränslet – istället för att fångas in av vattnet (moderatorn).

== Upptäckt ==
År [[1930]] upptäckte de tyska fysikerna [[Walther Bothe]] och [[Herbert Becker]] att när högenergetiska [[alfapartikel|alfapartiklar]] från radioaktivt [[polonium]] träffade vissa lätta grundämnen – [[beryllium]], [[bor]] och [[litium]] – så uppstod en ovanligt genomträngande typ av strålning. Denna troddes först vara [[gammastrålning]], även om den var långt mer genomträngande än all då känd gammastrålning, vilket gjorde de experimentella resultaten svåra att tolka.

[[1932]] gjordes nästa betydande bidrag av [[Irène Joliot-Curie]] och [[Frédéric Joliot]] i [[Paris]], då de visade att om denna mystiska strålning träffade [[paraffin]], eller andra [[Kemisk förening|kemiska föreningar]] innehållande [[väte]] så utsändes [[proton]]er med mycket hög energi. Detta motsade inte i sig själv tron på att det var fråga om gammastrålning, men detaljerade kvantitativa analyser gjorde det svårt att få denna hypotes att stämma. Senare samma år utförde den brittiske fysikern [[James Chadwick]] en serie experiment som slutgiltigt visade att hypotesen med gammastrålar var ohållbar, och föreslog att strålningen istället utgjordes av oladdade partiklar med ungefär samma massa som protonen.<ref>{{tidskriftsref |författare=[[James Chadwick]] |rubrik=Possible Existence of a Neutron |url=http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-neutron-letter.html |tidskrift=[[Nature]] |år=1932 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20080116174908/http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-neutron-letter.html |arkivdatum=2008-01-16 |hämtdatum=2008-02-16 }} {{Wayback|url=http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-neutron-letter.html |date=20080116174908 }}</ref> Han utförde även experiment som stödde detta antagande.<ref>{{tidskriftsref |författare=[[James Chadwick]] |rubrik=The Existence of a Neutron |tidskrift=Proceedings of the Royal Society A |url=http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-1932/Chadwick-neutron.html |år=1932 |volym=136 |sid=692–708 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20080228083654/http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-1932/Chadwick-neutron.html |arkivdatum=2008-02-28 |hämtdatum=2008-02-16 }} {{Wayback|url=http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-1932/Chadwick-neutron.html |date=20080430092057 }}</ref> [[Ernest Rutherford|Rutherford]] hade redan 1920 teoretiserat om "neutroner", efter den [[latin]]ska roten för "neutral" och den [[grekiska]] ändelsen "-on" (efter mönster av protonen och elektronen).

== Forskningsläget idag ==
Ett forskarlag lett av [[Francisco-Miguel Marqués]] vid [[Centre national de la recherche scientifique]] har lagt fram en hypotes om existensen av stabila kluster av fyra neutroner, [[tetraneutroner]], baserat på observationer av sönderfallet av beryllium-14-kärnan. Eftersom de nuvarande teorierna inte medger sådana kluster anses denna teori som extra intressant.

== Antineutronen ==
Antineutronen är neutronens [[antipartikel]], och upptäcktes [[1956]] av [[Bruce Cork]] ett år efter upptäckten av [[antiproton]]en.

== Referenser ==
<references/>

== Källor ==
{{enwp|url=http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neutron&oldid=89381375}}
== Externa länkar ==
* {{Commonscat|Neutrons}}
{{elementarpartiklar}}

[[Kategori:Nukleoner]]