Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 6 dotazů obsahujících »antineutrino«
2) První neutron v řetězové reakci
02. 03. 2007
Dotaz: Dobrý den prosím vás pořád mi nejde na rozum kde se v jaderné elektrátně vezme
volný neutron. Víte jak ho takm dají ? (Josef Kubišta)
Odpověď: Předpokládám, že máte na mysli onen první neutron, který řetězovou štěpnou reakci nastartuje. Je potřeba si uvědomit, že radioaktivní prvky se rozpadají samy o sobě (některé rychleji, některé pomaleji) a my jim v jaderném reaktoru bombardováním správně zbržděnými neutrony z předchozích rozpadů akorát pomáháme a urychlujeme tak celý proces. Malé množství neutronů je v jakémkoli materiálu vždy přítomno jednak z výše zmíněného spontánního rozpadu jader, jednak i působením kosmického záření. Pokud je reaktor vypnutý, jsou tyto neutrony vychytávány pomocí tzv. regulačních tyčí, takže štěpení radioaktivních jader probíhá jen velmi nepatrně (nicméně i ve vypnutém reaktoru se jaderné palivo v důsledku svého spontánního štěpení pomalu rozpadá a tím i zahřívá). Když regulační tyče z jederného reaktoru trochu povytáhneme, vychytají méně neutronů a štěpná reakce se rozjede.
K tomuto tématu je třeba ješte několik poznámek. Především ne každý neutron je vhodný k iniciaci rozpadu radioaktivních jader. Aby k tomu došlo, musí onen neutron do jádra narazit "správnou" rychlostí. Neutrony vznikající jaderným rozpadem jsou obvykle příliš rychlé, takže je musíme v reaktoru zpomalovat (například jim umístíme do cestu vodu či jiný vhodný materiál). Dále samotný neutron je mimo jádro nestabilní a i on se samovolně rozpadá (s poločasem rozpadu 15 minut, na proton, elektron a elektronové antineutrino) - neutrony tedy nelze samostatně "skladovat", když jich potřebujeme více, musíme si je (třeba právě štěpnou reakcí) "vyrobit".
Dotaz: Je separačná energia protonu a neutronu rovnaká, alebo rozdielna? /preco/ (R.Sedlak)
Odpověď: Separační energie protonu či neutronu je energie nutná k vytržení protonu
či neutronu z jádra:
Sp = (hmota nového jádra + hmota protonu - hmota původního
jádra).c
Nové jádro má o proton či neutron méně než původní (podle toho, co jsme z
něj vytrhli:) Přibližné hmotnosti protonu a neutronu jsou
mp.c2 = 938.27 MeV mn.c2 =
939.57 MeV
Obecně je separační energie rozdílná, a to nejen kvůli rozdílným hmotám
mpa mn.
Jádra vzniklá odejmutím protonů či neutronů budou různě stabilní,
mohou žít věčně nebo jen zlomek vteřiny, a čím jsou méně stabilní, tím
větší mají hmotnost a celkovou energii (a jsou tedy ochotnější se
rozpadnout v něco stabilnějšího).
Protony mají kladný náboj a je těžší je udržet pohromadě, neutrony je lepí
k sobě. Ve hře je ale více faktorů, v přírodě například pozorujeme jádra s
přibližně stejným protonovým a neutronovým číslem (neutronů bývá s
celkovým počtem nukleonů více právě kvůli odpuzování protonů). Takže
kdybychom chtěli z jádra, které už má s počtem protonů namále, vypudit
další, bylo by to těžší, než z něj vypudit neutron (a tím by dost
pravděpodobně vzniklo stabilnější jádro), a separační energie by se
drasticky lišily: u protonů by mohlo jít o kladné číslo (hmota nového
jádra by byla ještě větší, museli bychom do systému narvat nějakou
energii, aby se nám to povedlo), ale u neutronů by šlo o záporné číslo,
nové jádro by bylo stabilnější a proces by v principu mohl nastat
samovolně.
Jádra se většinou rozpadají beta a alfa rozpady, u beta rozpadu dochází k
přeměně neutronu na proton nebo naopak (a jádro vyzáří ještě
elektron+antineutrino nebo pozitron+neutrino), u alfa rozpadu jsou
emitovány částice alfa (jádra hélia-4, velmi stabilní objekt s vysokou
vazbovou energií). Některá jádra se však doopravdy mohou přeměňovat v jiná
emisí neutronu či protonu, někdy dokonce i třeba uhlíku-12 apod.
Odkazy:
Velmi pěkné tabulky a grafy týkající se jaderné fyziky najdete na adrese
http://ie.lbl.gov/systematics.html
(hledejte "separation energies")
Jak se to
měří ve skutečnosti... Pro další informace zkuste třeba na www.google.com zadat "separation
energy" či "drip line":)
Dotaz: Slyšel jsem, že při oscilaci neutrin nedochází k zachování leptonového čísla.
Co je na tom pravdy? (Pavel)
Odpověď: Nedávné experimenty ukázaly, že se neutrina mezi soubou míchají, to
znamená, že se nezachovávají separátně elektronové, mionové a tauonové
leptonové číslo. Podobně, jako se mezi sebou "míchají" kvarky,
mohly by se v principu míchat mezi sebou i elekton s mionem, ale zatím to
nebylo pozorováno. Takže míchání zatím u leptonů předpokládáme jen u neutrin.
Zatím se však podle všeho celkové leptonové číslo zachovává!
Problém by mohl nastat, kdyby se pozoroval dvojitý beta rozpad,
což by znamenalo to, že neutrino je totožné s antineutrinem.
V jádře by se pak mohl rozpadnou neutron na proton+elektron+antineutrino,
které by však mohlo být (pouze pokud je totožné s neutrinem!) pohlceno
dalším neutronem a celkem by vznikly dva elektrony(!!) a nové jádro, kde
by místo dvou neutronů byly dva protony. Narodily by se tak dva leptony
bez svých antičástic, což by znamenalo navýšení celkového leptonoveho
čísla o dvě!
V nedávné době probíhaly diskuse, zda byl dvojitý beta rozpad vskutku
pozorován, ale bude se muset počkat na širší objem dat, zatím o objev
nejde.
Dotaz: Slyšel jsem o částici ný, která nemá ani náboj ani hmotu, ale je to částice a
nějak se projevuje - jak a čím se toto nic projevuje? (Marek)
Odpověď: Částice zvaná neutrino (značí se právě řeckým písmenkem 'ný') skutečně
existuje, má nulový náboj, ale podle posledních experimentů to vypadá, že
malou hmotu přece jen má, i když asi miliónkrát menší než elektron (a ten
je asi 2000x lehčí než proton!).
Jak se taková částice projevuje, je samozřejmě dobrá a zajímavá otázka.
Protože nemá náboj, nereaguje na elektromagnetické síly, a tak nemůže
ionozovat a zanechat stopu třeba v mlžné komoře nebo dát puls v
Geiger-Mullerově počítači. "Cítí" však tzv. slabou interakci, která
je zodpovědná např. za některé radioaktivní rozpady a uplatňuje se i při
hoření Sluníčka. Tak trochu obrazně lze říci, že si neutrino s elektronem
můžou "prohodit" neutrální částici Z0 a elektron tak může být
vyšťouchnut, a když bude mít dost energie, už jej můžeme pozorovat, jak vyletí,
i když nepozorujeme žádnou dráhu nějaké částice, která do něj narazila. To je
"podpis" neutrina v takovémto procesu. Dále může neutrino způsobit
opačný beta rozpad: antineutrino + proton -> neutron + pozitron (obvykle proton->
neutron+pozitron+neutrono nebo neutron-> proton + elektron +
antineutrino). Takto bylo poprvé i pozorováno v letech 1953-6 (ve
skutečnosti byla objevena antineutrina:).
Neutrina se dále dělí na elektronové, mionové a tauonové, liší se tím, s
kterým z nich vystupují společně v reakcích.
Mimochodem, za neutrina byla udělena i loňská Nobelova cena za fyziku -
viz
http://www-hep2.fzu.cz/Centrum/semin/nobel02.pdf, kde také naleznete
další užitečné informace.
Dotaz: V knihe Paula Daviesa "O ČASE" ma najviac zarazila jedna vec. Týka sa neutrónov. Tvrdí, že neutron, ktorý sa navonok javí elektricky neutrálny v skutočnosti má elektromagnetické vlastnosti. V roku 1933 nemecký fyzik Otto Stern objavil , že neutron posobí tak ako keby obsahoval drobný tyčový magnet. Že vraj obsahuje elektricky nabité kvarky. Tie síce majú dokopy nulový náboj ale vytvárajú magnetické pole lebo neutrony neustále rotujú okolo svojej osy. Rýchlosť rotácie je pevne stanovená veličina, ktorá je daná elektricky nabitými kvarkami, a je absolútne rovnaká pre všetky neutrony vo vesmíre tak ako ich hmotnosť. Takže na neutrony nepôsobí okolité prostredie? Prečo trenie a strata rotačnej energie nespomaµuje postupne rýchlosť rotácie. Neutronove kvarky vytvárajú drobný elektrický prúd a ten zase magnetické pole. Kvarky a prúd??? Veď sa vôbec nepohybujú vzhµadom na neutron a sú úplne inej povahy ako elektrony. Ako môžu byť jednotlivé kvarky elektricky nabité? Má to súvis s beta rozpadom neutronu na proton , elektron a antineutrino? A aký malý je ten náboj kvarkov? Najmenší možný je elementárny elektrický náboj.Obsahuje taký kvarkjeden alebo viacej elektrónov? (Aj jeden sa mi zná priveµa) Pre mňa je to záhada.
(Marek Krakovsky)
Odpověď: Na některé otázky
znamená odpověď dost objemný a netriviální výklad na
jedné straně a dost náročné studium na druhé straně.
Neutron má skutečně nenulový magnetický dipólový moment
(-1.9130427(5) jaderného magnetonu), zřejmě související s
tím, že uvnitř něho je složitá struktura, kterou dnes
popisujeme pomocí kvarků a gluonů. Kvarky mají náboj 2/3 a
-1/3, ale nejsou izolovaně vidět, takže pořád zůstává,
že nejmenší pozorovatelný náboj je e. V souvislosti s
magnetickým momentem jste zmínil spin neutronu, který ovšem
nelze jednoduše spojit s tím, že by rotoval kolem osy. Různé
popularní knížky i webové stránky jako např. http://www-hep.fzu.cz/~rames/outreach/castice.html
vlastně otázky spíš provokují, než že by na ně
odpovídaly. Když se odhodláte fyziku pořádně studovat,
časem se na některé otázky odpovědi objeví (ale další
otázky vzniknou). Odpovědna nemůže nahradit těch zhruba pět
let studia například na naší fakultě, kdy se malinko začne
rozsvěcet.
