Neutronen är en subatomär partikel och en av tre huvudbeståndsdelar i atomen, tillsammans med protoner och elektroner. Som namnet antyder är neutroner elektriskt neutrala partiklar, medan protoner är positivt laddade och elektroner negativt laddade. Tillsammans med protonerna bildar neutronerna atomens kärna. Eftersom neutronen är den tyngsta av de tre partiklarna bidrar antalet neutroner i hög grad till att bestämma ett grundämnes atommassa.
När en neutron existerar helt på egen hand sönderfaller den snabbt – dess halveringstid är cirka 10,5 minuter. Neutroner spelar dessutom en framträdande roll i processer som fission, radioaktivt sönderfall och neutroninfångning.
Neutronens främsta uppgift i atomkärnan är att genom sin kärnkraft möjliggöra att protoner binder till varandra i stället för att stöta bort varandra, vilket de skulle göra utan neutronernas närvaro. Eftersom neutroner saknar elektrisk laddning påverkas de inte av protonernas laddning. Istället träder den starka kärnkraften in och övervinner den elektromagnetiska repulsionen, vilket drar protoner och neutroner mot varandra så att partiklarna hålls samman och bildar en stabil atomkärna.
Isotoper av ett grundämne förekommer naturligt och är oftast stabila. En isotop känns igen på att antalet protoner, antalet elektroner och atomnumret är desamma som hos grundämnet, men att atommassan skiljer sig. Isotopen namnges som grundämnets namn följt av atommassan avrundad till närmaste heltal. Kol har till exempel isotopen Kol-12, men även Kol-13 och Kol-14, vilket innebär att massan är cirka 13 respektive 14.
När det finns ett överskott av antingen neutroner eller protoner i en kärna kan en partikel omvandlas till den andra – en neutron kan bli en proton eller tvärtom. Denna laddningsförändring påverkar atomens stabilitet och kan förändra grundämnet helt. För att balansen ska återställas måste en motsatt laddning utsändas. När en neutron omvandlas till en proton kallas det betaminussönderfall: atomen får en högre laddning, utsänder en elektron och blir nästa grundämne i periodiska systemet. När en proton omvandlas till en neutron kallas det betaplussönderfall: atomen förlorar en proton, utsänder en positron och blir grundämnet som ligger lägre i periodiska systemet.
Klyvningen av atomer kallas fission. Eftersom neutroner är tunga partiklar kan deras tillkomst i en kärna omedelbart skapa instabilitet. Vanligtvis infångas en fri neutron av en kärna, och eftersom den är oladdad binder den enkelt till protonerna. Det vanligast använda ämnet vid kärnfission är uranisotopen Uran-235, medan det naturligt förekommande uranet har en atommassa på 238. När U-235-isotopen fångar en fri neutron bildas U-236, som är instabilt och omedelbart klyvs. Vid klyvningen bildas två nya grundämnen och nya neutroner frigörs. I en kärnreaktor fylld med U-235 blir processen därför en kedjereaktion, där de frigjorda neutronerna kontinuerligt träffar nya U-235-atomer, destabiliserar dem och driver reaktionen vidare.
Vid neutroninfångning fångar en atomkärna upp en neutron, ofta i ett exciterat tillstånd, och processen avger energi i form av gammastrålning. Neutronen förs vanligtvis till det exciterade tillståndet så att den skjuts rakt in i målatomens kärna. Inom kärnfysiken och astrofysiken skiljer man mellan två varianter: den långsamma processen (s-processen) och den snabba processen (r-processen), vilka skiljer sig åt i hur snabbt neutronen infångas av målatomens kärna. Neutroninfångning har även praktiska tillämpningar inom medicinen – exempelvis används boron-neutroninfångningsterapi vid behandling av vissa former av hjärncancer, där den frigjorda energin hjälper till att döda tumörceller.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online