ما هي كتلة النيوترون

النيوترون

النيوترون Neutron هو جسيم تحت ذرّي، كان يُعتقد في بداية الأمر أنّه جسيم أوّلي أي لا يتكوّن من جسيمات أصغر، إلّا أنّه تبيّن خطأ هذا الاعتقاد لاحقاً، ويوجد النيوترون داخل أنوية الذرّات، كما قد يوجد أحياناً خارجها، ويُدعى في هذه الحالة بالنيوترون الحرّ، والنيوترون الحرّ يعدّ نيوتروناً غير مستقرّ، عمره المتوسّط يقدّر بما يُقارب 886 ثانية أي خمس عشرة دقيقة، ثمّ يتحلّل بعد هذه الفترة إلى بروتون وإلكترون، كما أنّ النيوترونات الحرّة أو الإشعاعات النيوترونيّة لها قدرة كبيرة على النفاذ في الموادّ.

كتلة وشحنة النيوترون

إنّ كتلة النيوترون 1.67×10^-27كغم، ولا يحمل أيّ شحنة.

تغيير مسار النيوترون الحر

إنّ الوسيلة الوحيدة لتغيير مسار النيوترون هي وضع نواة في مساره؛ ليتم تصادم تامّ المرونة، إلّا أنّ هناك احتمال ضعيف جداً لاصطدام نيوترون حرّ متحرّك بنواة إحدى الذرّات في المادّة؛ وذلك بسبب الفرق الكبير بين حجم النيوترون والنواة، مع الإشارة إلى أنّ نواة الذرّة أصغر كثيراً من حجم الذرّة، مما يُعطي النيوترونات قدرة عالية على الاختراق.

استخدام النيوترونات

تستخدم النيوترونات في شطر أنوية اليورانيوم في المفاعلات النووية، وينتج عند انشطار نواة واحدة من اليورانيوم نيوتروناً واحداً في المتوسّط، وتتفاعل هذه الأخيرة مع نوايا أخرى لليورانيوم، وبهذا تتزايد النيوترونات ويزداد معدّل الانشطار بما يُعرف بالتفاعل المتسلسل. وفي المفاعلات النووية توجد مواد مخصّصة لامتصاص الزائد من النيوترونات من أجل الحفاظ على توازن التفاعل، ثمّ إنتاج الطاقة عن طريق المفاعلات الذرية أو النووية.

اكتشاف النيوترون

إطلاق أشعة ألفا على البريليوم

لقد تنبأ رذرفورد بوجود النيوترونات في العالم 1920م، ثمّ بعد ذلك بعشر سنوات لاحظ الفيزيائيان الألمانيان والتر وهيربرت شيئاً غريباً عند تسليطهما أشعة ألفا على مادّة البريليوم، حيث انبعثت من البريليوم إشعاعات متعادلة قادرة على اختراق مئتين ملليمتر من الرصاص، في الوقت الذي لا تتمكّن فيه البروتونات من اختراق ملليمتر واحد من الرصاص، ثمّ افترض العالمان أنّ السبب هو إشعاعات غاما ذات طاقة مرتفعة.

جاء بعد ذلك علماء آخرين أجروا فحصاً للأشعة عن قرب؛ فقد وضعوا حاجزاً من شمع البارافين مقابل أشعة البريليوم؛ فلاحظوا صدور بروتونات ذات سرعة عالية من البارافين، وقد كانوا على دراية بأنّ إشعاع غاما يُفترض بها انتزاع الإلكترونات من المعادن، لذلك توقّعوا أنّ ذات الشيء حصل مع البروتونات في البارافين.

تجارب العالم شادويك

رفض العالم شادويك تعليل العلماء من قبله، معللاً ذلك في أنّ انتزاع البروتونات بسرعات عالية كهذه ينبعي أن يحمل طاقة مقدارها 50 مليون إلكترون فولت، وبالمقارنة مع هذا فإنّ إشعاعات ألفا كانت قادرة على إنتاج ما يُقارب 14 مليون إلكترون فولت فقط.

أجرى شادويك تجربةً أخرى ليصل إلى توضيح لما يحدث، فقد وضع قطعة من البريليوم مع بعض البولونيوم في غرفة مفرغة، وانبعثت إشعاعات ألفا من البلونبوم الذي اعترض البريليوم، وأثناء هذا الاعتراض صدرت أشعة متعادلة محيّرة، وفي مسار الأشعة أضاف شادويك حاجزاً آخراً، وعندما اصطدمت به الأشعة ضُربت بذرات منه وأصبحت مشحونة؛ فطارت تجاه مجسّ جسيمات غازيّ فيما يُعرف بالتأين، ثمّ قاس شادويك التيار الناتج عن عملية التأيّن تلك، وتمكّن من حساب عدد الذرات وتقدير سرعتها، وعند إعادة تجاربه على أهداف متنوّعة، تمكّن من الاقتناع بأنّ إشعاعات غاما ليس بمقدورها أن تعلّل سرعة الذرّات وبالتالي فإنّ الاحتمال الأكبر والمعقول هو وجود جسيمات متعادلة.

قياس الجسيمات المتعادلة

قاس شادويك كتلة تلك الجسيمات بطريقة غير مباشرة، وذلك عن طريق قياس جميع نواتج الاصطدام على الوبورن بدلاً من البريليوم الذي أطلق أيضاً إشعاعات متعادلة؛ فوضع حاجز هيدروجين أمام الأشعة، وعندما حدث التصادم وتطايرت البروتونات قاس سرعة هذه البروتونات بتطبيق قوانين كمّية التحرّك، ثمّ استطاع حساب كتلة جسيم النيوترون ليصل في أنّها 1.0067 من البروتون.