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Neutron



Das Neutron ist ein langlebiges, elektrisch neutrales Elementarteilchen mit dem Formelzeichen n. Es ist, wie das Proton, ein Nukleon.

Table of contents
1 Allgemeines
2 Quantenphysik des Neutrons
3 Tabelle
4 Web-Links

Allgemeines

Neutronen wurden erstmals 1932 von dem Physiker und späteren Nobelpreisträger James Chadwick beim Beschuss von Beryllium mit Alphateilchen (α) beobachtet. Alphateilchen sind Heliumkerne.

In der obigen Formel steht links oben des Elementsymbols seine Atomare Massenzahl A und darunter die Ordnungszahl Z, die gleichbedeutend mit der Zahl der Protonen ist. Folgende Beziehung gilt für die Zahl der sich im Kern des Atoms befindenden Neutronen:

Die Ruhemasse des Neutrons beträgt in SI-Einheiten beziehungsweise mit der Atomaren Masseneinheit u ausgedrückt:

Das entspricht einer Ruheenergie in SI-Einheiten beziehungsweise in Elektronvolt ausgedrückt von:

Somit ist sie um etwa 1,293 MeV größer als die eines Protons. Der Durchmesser des Neutrons beträgt ca. 1,6⋅10-15 m.

Die Neutronen im Atomkern tragen zur atomaren Gesamtmasse bei und bestimmen damit das Isotop des Elements. Das chemischen Verhalten bleibt jedoch gleich, da dies durch die physikalischen Eigenschaften der Atomhülle bestimmt wird, deren Elektronenanzahl wegen der elektrischen Neutralität des Neutrons unabhängig von der Neutronenzahl ist.

Der Atomkern von fast allen Atomen besteht aus Protonen und Neutronen. Die Ausnahme ist das am häufigsten auftretende Wasserstoffisotop, welches nur aus einem einzelnen Proton besteht.

Freie Neutronen entstehen unter anderm durch Kernreaktionen. Das freie Neutron ist instabil und zerfällt mit einer mittleren Lebensdauer von etwa 885 Sekunden in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino:

Neutronen hinterlassen in einer Blasenkammer keine Spur, d. h. sie wirken nicht ionisierend.

Freie Neutronen werden von vielen Atomkernen absorbiert. Die bei dieser Reaktion entstehenden neuen Atomkerne sind oft radioaktiv; einige wenige Atomkerne spalten sich spontan nach dem Einfangen eines Neutrons. Man unterscheidet zwischen schnellen Neutronen (E>1MeV) und thermischen Neutronen. Zum Abbremsen (Moderation) von Neutronen müssen Kerne geringer Massenzahl verwendet werden, da der Energieverlust über Stöße erfolgt. In vielen Kernreaktoren (Druck- und Siedewasserreaktoren) entstehen schnelle Neutronen und werden mittels eines geeigneten Moderators (Wasser, Graphit, Deutrium) auf für die Kernspaltung passende Energie abgebremst.

Die Neutronen unterliegen der Schwachen Wechselwirkung. Der hierdurch verurschate Betazerfall sorgt für die Aufspaltung eines Neutrons in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino.

Da Neutronen der Starken Wechselwirkung, aber nicht der Elektromagnetischen Wechselwirkung, unterliegen, helfen sie Atomkerne, mit vielen Protonen, zu stabilisieren. Da ansonsten die Abstoßung der Protonen, aufgrund ihrer gleichen Elektrischen Ladung, zu groß werden würde. Die Elektromagnetische Wechselwirkung ist zwar wesentlich schwächer als die Starke Wechselwirkung, weshalb die Protonen überhaupt zusammenhalten, nimmt aber bei zunehmender Entfernung nicht so schnell ab.

Quantenphysik des Neutrons

Das Neutron hat den Spin 1/2 und ist damit ein Fermion. Außerdem gehört es zu den Baryonen. Neutronen bestehen ihrerseits aus zwei d-Quarkss und einem u-Quark (Formel udd).

Tabelle

Daten des Neutrons (nach CODATA)
Ladung neutral =
0
Ruhemasse 1,008 664 915 78(55) u =
1,674 927 16(13)⋅10-27 kg =
1838,683 6550(40) × me
Ruheenergie 939,565 330(38) MeV =
1,505 349 46(12)⋅10-10 J
magnetisches Moment -0,966 236 40(23)⋅10-26 J T-1
Spin 1/2
mittlere Lebensdauer als freies Neutron 887 s
mittlere Lebensdauer im Atomkern >>10 Milliarden Jahre

Das Neutron unterliegt folgenden Grundkräften der Physik:

Web-Links

Siehe auch: Neutronenbombe




     
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