Nevtroner: Forståelse af deres rolle i atomstruktur

Et nevtron er en partikel og en af tre hovedkomponenter i et atom, de to andre være protoner og elektroner. Nevtroner er, som navnet antyder, ladningsneutrale partikler. Protoner er positivt ladede, og elektroner er negativt ladede. Protoner og nevtroner danner kernen i et atom. Antallet af nevtroner hjælper med at bestemme vægten af et grundstof, da det er den tungeste partikel af de tre.

Når et enkelt nevtron eksisterer alene, henfalder det hurtigt. En nevtrons halveringstid er ca. 10,5 minutter. Desuden er nevtroner fremtrædende i processer såsom fission, radioaktivt henfald og nevtronfangst.

Grundlæggende

Nevtronens hovedfunktion i kernen er at bruge sin kraft til at tillade protoner at binde i stedet for at afstøde hinanden, som de ville, hvis nevtronerne manglede. Da nevtroner ikke har en elektrisk ladning, er de upåvirkede af protoners elektriske ladning. En stærkere binding kommer i spil, overstyrer den elektriske kraft, og tiltrækker protoner til nevtroner, så begge partikler holder sammen for at skabe en stabil kerne.

Isotoper

Et grundstofs isotoper findes naturligt og er som regel stabile. Et isotop kan identificeres, fordi dets antal protoner, elektroner og atomnummer er de samme, men atommassen vil være forskellig. Isotopet navngives derefter som (navn på grundstof)-(atommasse afrundet til nærmeste hele tal). Så f.eks. Carbon, kendt som Carbon-12, har også isotoper af Carbon-13 og Carbon-14, hvilket betyder, at massen er omkring 13 eller 14, henholdsvis.

Beta-henfald og radioaktivt henfald

Når der er en overflod af enten nevtroner eller protoner i en kerne, kan en partikel vende til den anden (f.eks. vil et nevtron blive en proton, eller en proton vil blive et nevtron). Ændringen i ladninger vil påvirke atomstabiliteten og ændre grundstofet helt. For at neutralisere atomet, skal en modsat ladning være i produktet. Hvis et nevtron henfalder til en proton, er det beta-minus-henfald. Atomet har en positiv ladning, mister et elektron, og bliver det næste grundstof frem på det periodiske system. Hvis en proton henfalder for at producere et nevtron, er det beta-plus-henfald. Atomet vil have én proton mindre, miste et elektron, og blive det grundstof længere nede på det periodiske system.

Fission

Opspaltningen af atomer er kendt som fission. Da nevtroner er tunge partikler, kan deres tilføjelse til en kerne straks skabe ustabilitet. Normalt vil et frit flydende nevtron absorberes i en kerne, og da det er ladningsneutralt, binder det simpelthen til protoner. Det mest almindelige grundstof brugt i kernefission er et isotop af Uran, kaldet Uran-235. Det naturligt forekommende grundstof har en atommasse på 238. Når U-235-isotopet absorberer et frit flydende nevtron, bliver det U-236, som er ustabilt og opspalder straks. Ved opspalningen dannes to nye grundstoffer, og to nevtroner bliver frie. Derfor bliver processen i en kerne-reaktor fuld af U-235 en kædereaktion med de frit flydende nevtroner, der kontinuerligt frigives og rammer U-235-atomer, destabiliserer dem, og så videre.

Nevtronfangst

Ved nevtronfangst genvedhæfter et nevtron i en eksciteret tilstand til en anden kerne. Denne proces udsender energi i form af gammastråling. Nevtronet tvinges normalt i den eksciterede tilstand, så det skyder lige ind i kernen af et mål-atom. Der findes to processer: den langsomme proces (s-proces) og den raske proces (r-proces). Forskellen er den hastighed, hvormed nevtronet fanges af mål-atomet. Det er en mindre kendt proces og er blevet brugt i kræftterapier. Den frigivne energi er gavnlig til at dræbe tumorer i visse typer hjernekræft.