Neutron adalah: Pengertian dan penjelasan

Neutron adalah partikel elementer, berat, yang memiliki muatan listrik netral dan massa kira-kira mirip dengan proton dan merupakan bagian dari inti atom bersama dengan proton. Secara khusus, neutron, dibentuk oleh dua quark bawah dan quark atas.

Hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan asal etimologis kata neutron yang sekarang menjadi perhatian kita. Dengan cara ini, kita harus mengklarifikasi bahwa neutron berasal dari bahasa Latin dan lebih khusus dari kata neuer, yang terdiri dari dua bagian berbeda: awalan ne-, yang setara dengan negasi, dan uter, yang dapat diterjemahkan sebagai “satu atau lainnya ”.

Pengertian

Neutron adalah partikel subatom yang merupakan salah satu penyusun utama inti atom. Mereka biasanya dilambangkan dengan simbol n atau no. Neutron tidak memiliki muatan listrik bersih yang terkait dengannya. Namun, mereka memiliki massa yang besarnya sedikit lebih besar daripada proton. Neutron dan proton secara kolektif disebut sebagai nukleon, karena mereka berperilaku serupa di dalam inti atom. Massa neutron secara kasar dapat diperkirakan menjadi satu unit massa atom (sering disingkat amu). Cabang ilmu yang mempelajari sifat-sifat neutron dan interaksi partikel subatom dengan materi lain dan radiasi elektromagnetik disebut fisika nuklir.

Sifat inti dan kimia keseluruhan suatu unsur biasanya ditentukan oleh jumlah total proton dalam inti atomnya (nomor atom) dan jumlah total neutron dalam inti atomnya (biasanya disebut sebagai nomor neutron). Jumlah dari jumlah total proton dalam inti atom dan jumlah total neutron dalam inti atom menghasilkan nomor massa inti atom tersebut. Penting untuk dicatat bahwa isotop yang berbeda dari unsur yang sama memiliki nomor atom yang sama tetapi berbeda dalam nomor massanya (yang menyiratkan bahwa mereka semua mengandung jumlah proton yang sama dalam inti atomnya tetapi berbeda dalam jumlah total neutron yang ada. di intinya).

Di dalam inti atom, proton dan neutron terikat bersama melalui gaya nuklir. Untuk stabilitas inti atom, keberadaan neutron adalah suatu keharusan. Satu-satunya pengecualian untuk aturan ini adalah inti protium (hidrogen-1). Salah satu aplikasi terpenting dari neutron adalah dalam reaktor nuklir untuk memfasilitasi reaksi fisi nuklir, dan dalam beberapa kasus, reaksi fusi nuklir.

Waktu paruh yang disajikan neutron di luar inti atom adalah lima belas menit, ketika memancarkan antineutron dan elektron untuk menjadi proton. Neutron yang memiliki massa mirip proton ternyata diperlukan untuk stabilitas inti atom, kecuali hidrogen.

Penemuan Neutron

  • Neutron pertama kali diteorikan oleh fisikawan Inggris kelahiran Selandia Baru, Ernest Rutherford pada tahun 1920.
  • Penemuan neutron dilakukan oleh fisikawan Inggris James Chadwick pada tahun 1932.
  • Dia dianugerahi hadiah Nobel di bidang fisika untuk penemuan ini pada tahun 1935.

Selama tahun 1920-an, asumsi umum tentang sifat atom adalah bahwa mereka terdiri dari proton dan juga elektron nuklir. Namun, ini gagal untuk memenuhi hubungan ketidakpastian Heisenberg dalam mekanika kuantum. Pada tahun 1931, dua fisikawan nuklir Jerman mengamati bahwa ketika radiasi partikel alfa yang dipancarkan oleh polonium terjadi pada berilium, litium, atau boron, hal itu menghasilkan produksi bentuk radiasi penetrasi yang tidak biasa. Belakangan, James Chadwick dibuktikan melalui serangkaian percobaan bahwa partikel-partikel yang merupakan radiasi penembus luar biasa ini adalah neutron.

Neutron adalah partikel yang bertindak dalam reaksi nuklir, yang akan terjadi ketika neutron menggerakkan fisi atom yang menghasilkan lebih banyak neutron yang pada saat yang sama menghasilkan fisi baru. Menurut cara di mana reaksi ini terjadi kita akan menghadapi reaksi terkendali (moderator reaktor nuklir digunakan untuk mengambil keuntungan dari energi nuklir) atau reaksi yang tidak terkendali (massa kritis bahan bakar nuklir dihasilkan).

Fisi nuklir adalah reaksi yang terjadi di dalam nukleus atom dan berkembang ketika nukleus berat dibagi menjadi nuklei yang lebih kecil, di samping produk sampingan bebas neutron dan foton. Dalam hal fisi inti berat, itu adalah proses eksotermik di mana sejumlah besar energi akan dilepaskan.

Akibatnya, neutron dan proton (bermuatan positif) membentuk inti atom, yang gilirannya disebut nukleon. Nukleon dan, karenanya, komponen-komponennya, ada di semua atom, kecuali hidrogen.

Pada tahun 1932 ketika peneliti James Chadwick menemukan neutron, meskipun Ernest Rutherford telah menyarankan keberadaan neutron sebagai hipotesis ilmiah.

Berbeda dengan elektron yang tidak dapat dibagi lagi, netron terdiri dari tiga partikel yang disebut quark. Kuark ini didistribusikan sebagai berikut:

  • dua quark down (yang memiliki muatan listrik -1/3) dan
  • quark up (dengan muatan +2/3).

Dengan menambahkan kedua muatan listrik, hasil akhirnya adalah nol coulomb, sehingga partikel menjadi netral.

Karena muatannya netral, neutron dapat berinteraksi dengan proton tanpa tolakan elektromagnetik di antara mereka. Interaksi ini disebut gaya inti kuat.

Massa neutron adalah 1,675×10-27 Kg atau 0,0009396 GeV (gigalektronvolt).atom

Neutron hanya tetap stabil saat mereka tetap di dalam inti atom. Di luar ini, mereka dicirikan oleh ketidakstabilan. Ketika ini terjadi, dalam hitungan menit neutron terurai menjadi antineutrino dan elektron, dan dari sana akhirnya menjadi proton.

Neutron adalah partikel masif tanpa muatan listrik. Ini adalah barion (partikel subatomik yang terdiri dari tiga quark) yang dibentuk oleh dua quark di bawah dan quark di atas. Neutron dan proton membentuk inti atom.

Neutron memiliki waktu paruh sekitar lima belas menit di luar inti atom, ketika ia memancarkan elektron dan antineutron untuk menjadi proton. Neutron, yang memiliki massa mirip proton, diperlukan untuk stabilitas inti atom (dengan pengecualian hidrogen).

Fisikawan dan ahli kimia Selandia Baru Ernest Rutherford adalah orang yang menyatakan, pada tahun 1920, keberadaan neutron. Dengan cara ini ia menjelaskan mengapa inti tidak hancur karena tolakan elektromagnetik dari proton.

Neutron bertindak dalam reaksi nuklir, yang terjadi ketika neutron menggerakkan fisi atom dan menghasilkan lebih banyak neutron, yang pada gilirannya menyebabkan fisi baru. Bagaimana reaksi ini dapat terjadi, kita dapat berbicara tentang reaksi terkontrol (moderator reaktor nuklir digunakan untuk memanfaatkan energi nuklir) atau reaksi yang tidak terkendali (massa kritis bahan bakar nuklir diproduksi).

Selain semua hal di atas, kita harus memperjelas keberadaan serangkaian istilah lain yang juga didasarkan pada penggunaan kata yang menjadi perhatian kita sekarang. Ini akan menjadi kasus neutron lambat, yang merupakan salah satu yang memiliki kekhasan bahwa ia memiliki kecepatan yang memiliki urutan yang sama dengan yang ia miliki, pada suhu normal, apa yang disebut agitasi molekuler.

Dengan cara yang sama, kita tidak boleh melupakan neutron cepat. Seperti namanya sendiri, itu adalah yang menghitung sebagai tanda identitas yang kecepatannya sebanding dengan cahaya.

Untuk semua ini kita juga harus menambahkan istilah bom neutron. Ini, juga dikenal sebagai peningkatan bom radiasi langsung, adalah senjata nuklir yang berasal dari Amerika Serikat. Itu diciptakan pada dekade 70-an oleh tangan fisikawan Samuel Cohen dan pada dasarnya didasarkan pada apa itu fisi nuklir.

Setelah istirahat dalam kemajuannya, adalah Presiden Ronald Reagan yang mendukung proyek-proyek bom nuklir ini dari bahaya besarnya.

Oleh karena itu, fisi nuklir adalah reaksi yang terjadi di dalam inti atom. Fisi terjadi ketika inti berat dibagi menjadi nuklei yang lebih kecil, di samping produk sampingan lainnya seperti neutron dan foton bebas. Oleh karena itu, pembelahan inti yang berat adalah proses eksotermis di mana sejumlah besar energi dilepaskan.

Sifat neutron.

Neutron adalah partikel subatomik elementer netral dengan massa hampir 2000 kali massa elektron. Umur neutron sebagai partikel bebas adalah sekitar 15 menit terlepas dari kenyataan bahwa neutron stabil ketika terikat dalam inti atom.

Sifat dasar neutron yang digunakan dalam hamburan neutron:

  • Energi neutron yang dimoderasi sebanding dengan energi gerakan atom dan molekul dan terletak dalam rentang energi MeV hingga eV
  • Panjang gelombang neutron yang dimoderasi sebanding dengan jarak antar atom, sehingga memungkinkan untuk mempelajari struktur dalam kisaran 10-5 hingga 105 Å.
  • Karena neutron adalah partikel netral, mereka berinteraksi dengan inti atom daripada dengan awan elektron yang menyebar. Penampang lintang hamburan neutron dari inti unsur-unsur tetangga dalam tabel periodik mungkin sangat berbeda, yang memungkinkan untuk “melihat” inti ringan dengan adanya yang berat, untuk secara efektif menerapkan teknik substitusi isotop dan untuk dengan mudah membedakan unsur-unsur yang berdekatan. Keunikan ini merupakan keuntungan besar dibandingkan teknik hamburan sinar-X, karena sinar-X dihamburkan oleh awan elektron.
  • Neutron memiliki momen magnet dan oleh karena itu dapat digunakan untuk mempelajari struktur magnetik mikroskopis dan fluktuasi magnet, yang menentukan parameter makroskopis materi.
  • Radiasi neutron menembus jauh ke dalam material, sehingga memungkinkan untuk mempelajari sifat mikroskopis dari sampel massal. Investigasi semacam itu tidak dapat dilakukan dengan metode optik, hamburan sinar-X atau mikroskop elektron.
  • Radiasi neutron sama sekali tidak merusak sehingga neutron dapat digunakan untuk mempelajari sistem biologis yang rumit sekalipun.

Sumber neutron.

Saat ini, teknik hamburan neutron praktis tidak lagi digunakan hanya untuk menyelidiki struktur atom dan magnet serta dinamika kristal sederhana. Penekanan semakin ditempatkan pada studi struktur nano, sistem tidak teratur, reaksi kimia kompleks dan proses katalitik. Kegiatan penelitian telah meluas ke bidang studi tentang cairan kompleks, sistem pengaturan sendiri, dan status elektronik eksotis juga.

Semua masalah ini dapat diselesaikan hanya dengan penggunaan sumber neutron fluks tinggi modern: reaktor nuklir yang menggunakan reaksi berantai fisi terkontrol dari inti uranium atau plutonium atau sumber spalasi berbasis akselerator proton yang menghasilkan neutron dengan membombardir inti berat dengan proton berenergi tinggi.

Fluks neutron bisa kontinu atau berdenyut. Dalam proses seperti itu, neutron yang dihasilkan memiliki energi yang sangat tinggi, yang membutuhkan tambahan pemasangan moderator neutron pada suatu sumber.

Akibatnya, neutron yang dimoderasi memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan jarak atom dalam padatan dan cairan, dan energi kinetik yang sebanding dengan proses dinamis pada material. Biasanya, moderator terbuat dari aluminium dan diisi dengan hidrogen cair atau metana cair (tergantung pada parameter berkas neutron yang diperlukan).

Sumber neutron fluks tinggi sangat mahal untuk dibangun dan dioperasikan dan oleh karena itu jumlahnya sedikit di dunia. Pada tahun 1950, reaktor riset pertama yang ditujukan khusus untuk penyelidikan ilmiah dibangun. Tujuan utamanya adalah menghasilkan fluks neutron setinggi mungkin.

Selama bertahun-tahun, sumber neutron telah berkembang menjadi fasilitas penelitian multiguna yang diterapkan dalam spektrum investigasi eksperimental yang luas. Saat ini, hampir tidak lebih dari 30 laboratorium di dunia yang dilengkapi dengan fasilitas neutron fluks sedang dan tinggi. Sumber neutron penelitian hanya berfungsi sebagai sumber neutron dan tidak dapat diterapkan untuk tujuan lain.

Muatan dan Massa Neutron

  • Muatan listrik yang dikaitkan dengan neutron adalah 0. Oleh karena itu, neutron adalah partikel subatomik yang bermuatan netral.
  • Massa neutron kira-kira sama dengan 1,008 satuan massa atom. Ketika diubah menjadi kilogram, massa neutron dapat diperkirakan menjadi 1.674 * 10-27 kg.
  • Karena neutron kekurangan muatan listrik, massanya tidak dapat ditentukan secara langsung melalui teknik analitik spektrometri massa.
  • Massa neutron dapat dihitung dengan mengurangkan massa proton dari massa inti deuterium (deuterium adalah isotop hidrogen yang mengandung satu proton, satu elektron, dan satu neutron dalam struktur atomnya. Karena massa elektron dapat diabaikan jika dibandingkan dengan proton dan neutron, massa neutron dapat dihitung dengan mengurangkan massa proton dari massa atom deuterium).

Aplikasi Neutron

Dalam beberapa reaksi nuklir, partikel subatom yang dikenal sebagai neutron memainkan peran penting. Penangkapan neutron, misalnya, seringkali menghasilkan aktivasi neutron yang, pada gilirannya, menyebabkan radioaktivitas. Pengetahuan tentang neutron dan aktivitasnya sangat penting di masa lalu untuk pengembangan banyak reaktor nuklir (dan juga beberapa senjata nuklir). Fisi nuklir unsur-unsur seperti uranium-235 dan plutonium-239 hampir selalu disebabkan oleh penyerapan neutronnya.

Radiasi neutron hangat, dingin, dan panas memiliki aplikasi yang sangat penting dalam fasilitas hamburan neutron di mana radiasi juga digunakan dalam penelitian materi terkondensasi dengan bantuan sinar-X. Ketika sampai pada perbandingan atom, neutron melengkapi yang terakhir melalui penampang hamburan yang berbeda, kerentanannya terhadap magnetisme, spektrum energinya untuk spektroskopi neutron tidak elastis, dan akhirnya, penetrasi yang dalam ke dalam materi.

Salah satu aplikasi terpenting neutron adalah dalam eksitasi sinar gamma yang tertunda dan terpicu dari komponen material. Ini menjadi dasar untuk studi analisis aktivasi neutron, sering disingkat NAA. Ini juga membentuk dasar untuk studi analisis aktivasi neutron gamma cepat (biasanya disingkat PGNAA). NAA paling banyak digunakan untuk menganalisis sampel kecil bahan di reaktor nuklir sementara PGNAA paling sering digunakan untuk memeriksa batuan bawah tanah pada sabuk konveyor di sekitar lubang bor dan bahan curah industri.

Related Posts