Nøytronet ble oppdaget i 1932 av den britiske fysikeren James Chadwick (1891-1974) vi Cavendish-laboratoriet ved Universitetet i Cambridge og fikk nobelprisen i fysikk i 1935 fpr oppdagelsen. Chadwick var som mange andre fysikere deltakere i Manhattann-prosjektet med utvikling av atombomben under andre verdenskrig.
Nøytronet er ifølge standardmodell i kjernefysikk et baryon satt sammen tre valenskvarker, en oppkvark og to nedkvarker er. Kvarker er fermioner i familien hadroner. Nedkvark har ladning -1/3e og oppkvark har ladning +2/3e, som i sum gir ladning 0. Kvarkene i nøytronet blir holdt sammen av sterke krefter kalt gluoner. Isospin i partikkelfysikk hvor proton og nøytron blir betraktet som symmetri to kvantetilstander av samme partikkel.
Isotoper
Et grunnstoff med forskjellig antall nøytroner kalles isotoper av grunnstoffet. Alle grunnstoffer med mer enn ett proton inneholder i tillegg nøytroner. Atomnummer Z er antall protoner i atomkjernen, likt antall elektroner.
Atomkjernen i hydrogen inneholder 1 proton (1H) omgitt av ett elektron. Atomkjernen i deuterium (2H) inneholder 1 proton + 1 nøytron og er stabil. Tritium (3H) har 1 proton + 2 nøytroner, er radioaktiv og atomkjernen desintegrer ved β-stråling.
Karbonisotopen karbon-12 (12C) av karbon har en atomkjerne med 6 protoner og 6 nøytroner og er stabils. Karbon-13 (13C) har 7 nøytroner oer er stabil . Karbon-14 (14C) har 8 nøytroner og har en atomkjerne som desintegrerer og sene
der ut β-stråling. Nuklidetabeller inneholder oversikt over alle kjente nuklider. Isotoper som befinner seg på utsiden av en isobarlinje er ofte utsbile.
Uran 235 (235U) har 92 protoner (p+), 92 elektroner e-) og 143 nøytroner.
Uran-238 (238U) har 92 protoner og 146 nøytroner.
Bly-208 inneholder 82 protoner og 126 nøytroner og er er en stabil isotop i i enden av Thorium-serien.
Betastråling (β-stråling) hvor et nøytron blir omdannet til et proton, et elektron (e-) og et antinøytrino ̅νe
n → p+ + e- + ̅νe
Fordi β-strålingen har et spekter med forskjellig energi på β-partiklene blir resten av energien igjen i antinøytrino
Et proton kan omdannes til et nøytron, positron (e+) og nøytirno(ve) og atomkerjen desintegrer med positron-stråling.
p+ → n + e+ + ve
Historien on nøytroner, kjernekraft og atombombe
I 938 brukt tyske Otto Hahn og Fritz Strassman sakte (termiske) nøytroner til å spalte atomkjerner i uran. Lise Meitner (1878-1968) og Otto Robert Frisch (1904-1989) kunne forklare at det som skjedde var at uran-235 ble spaltet i omtrent to likestore bestanddeler og det ble laget nye grunnstoffer i en transmutasjon. Meitner og Frisch beregnet energimengden som ble frigitt under fisjonen av uran-235 var 200 Mev (millioner elektronvolt) for hver kjernespalting og det ble produsert i gjennomsnitt 2.5 energirike nøytroner. Hvis det var nok uran-235, en kritisk masse, så kunne disse nøytronene bli innfanget i uran og lage en kjedereaksjon. Hvis de raske nøytronene kunne bli bremset hadde man en kontrollert kjernereaktor.
Tyskland ble på slutten av 1800-tllet en senter for naturvitenskap blant annen innen kjemi og fargeindustri. Bayer grunnlagt i 1863 produserte kjemikalier, syntetiske farger og fra 2897 legemiddelet acetylsalicylsyre. Höchst (Heochst)etabert i 1863. Badische Anilin- & Soda-Fabrik (BASF) ble etablert i ii 1925. Kjemikeren August Wilhelm von Hofmann (8 818 –1892) somsom hadde studert hos Justusvon Liebig var sentral for utviklingen av organisk kjemi.
Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften opprett i 1911 bestod av mange institutter. Institut fürrPhysikalische Chemie und Elektrochemie ph, Institut für Chemie. Ved KWG arbeidet blant annetFritz Haber, Max Olanck, Albert Einsteinm James Franck, Hans Geiger, Gustav Hertz,Otto Hahn,Richard Willstätter, Lise Meitner, Max Delbrück og Albert Einstein. Werner Heisenberg var leder for KWI für Physik. Tyskland, en kulturnasjon med fundament i litteratur, musikk, filosofi og naturvitenskap lot seg forføre av en folkeforfører. Institut für Anthropologie, menschliche Erblehre und Eugenik ble etablert ved KWG i 1826. Då gikk det fra galt til verre. Mange jøder var innen vitensapseliten og måtte fra 1930-tallet flykte fra Nazi-Tyskland. Norsk Hydro inngikk samarbeid med IG. Farben og sikret seg Hber-Bosch-metoden for å lage kunstgjødsel. Fritz Haber var også med å utvikle gassen Zyklon B brukt i utryddelsesleirene. KWG skiftet i 1948 navn til Max-Planck-Gesellschaft (MPG).
Tilbake i historien. På fysikermøtet i København i 1927 møttes den danske fysikeren Niels Bohr (1885-1962) og Werner Heisenberg og diskuterte tolkninger av kvantemekanikken. Niels Bohr og Werner Heisenberg hadde også et myteomspunnet et møte i København i 1941.
Den ungarskfødte amerikanske fysikeren Leó Szilárd (1898-1964) hadde en idé om at det var teoretisk mulige å lage kjernefysiske kjedereaksjoner. Leó Szilárd, basert på informasjon den ungarsk-amerikanske fysikeren Edward Teller (1908-2003) og den amerikanske fysikeren Eugene Wigner (1902-1995) skrev et brev, undertegnet av Albert Einstein til president Franklin D Roosevelt med advarsel om at Nazi-Tyskland kunne utvikle en atombombe. Det ga starten til det hemmelige Mnhattan-prosjektet fra 1942-1945 under ledelse av genereal Leslie Groves og kjernefysikeren J Robert Oppenheimer (1904-1967) ved Los Alamos, New Mexico med mål å utvikle en atombombe. Oppenheimer kjente godt Ernest O. Lawrence (1901-1958) ved Berkeleys Radiation Laboratory, Universitetet i California., som hadde utviklet en partikkelakselerator, en syklotron som kunne produsere radionuklider. Lawrence fikk nobelprisen i fysikk i 1939 «for oppfinnelsen og utviklingen av syklotronen og resultatene fra den spesielt i tilknytning til kunstige radioaktive grunnstoffer».
Niels Bohr a og John Wheeler hadde ut fra teoretiske beregninger vist at det kunne være mulig å lage spaltbart materiale fra plutonium-239. Emilio Segrè og Glenn Seaborg klarte i 1941 å produsere plutonium 239 i en sykltron konstruert avErnest Lawrence.
Den amerikanske fysikeren Mattison McMillan (1907 - 1991) klare å produsere transuranet neptunium, og delte nobelprisen i kjemi i 1951 Glenn Seaborg «for deres oppdagelser av kjemien til transuran grunnstoffer».
Anrikningen for å få store nok mengder uran-235 og separasjonen av uran-238 ble ved Oak Ridge gjort med elektromagnetisk gassdiffusjon. Ledet av den italienske fysikeren Enrico Fermi og den ungarske fysikeren Leo Szilard ble det i desember 942 bygget verdens første kjernereaktor, Chicago Pile-1 ved Universitetet i Chicago, med uranoksid og ultrarent grafitt brukt som moderator for å bremse nøytronene og for å produsere plutionium -239. Tungtvann kunne ha vært et alternativ til grafitt å bremse nøytronene eller bor. Ved Universitetet i Chicago arbeidet også den amerikanske fysiken Arthur Compton (1892-1962), oppdageren av Compton-effekt og Compton-stråling
Under ledelse av avJ. Robert Oppenheimer i ved Los Alamos arbeidet også Edward Teller og Stanislaw Ulam som seinere konstruerte verdens første hydrogenbombe.
Ukrainsk-amerikanske matematikeren George Gamov (1904-1968) hadde arbeidet både hos Niels Bohr og Ernest Rutherford utviklet den flytende dråpemodell og lag en matematisk modell for atomkjernen. Gamow deltok i Manhattanprosjektet i samarbeid med Edward Teller. Gamow kunne gi en teoretisk forklaring på alfa-stråling via en kvantetunell. Oppenheimer hadde invitert Hans Bethe for å diskutere beregningene som for å lage en atombombe gjort av blant den amerikanske fysikeren Robert Serber (1909-1997), Stan Frankel, den gresk-amerikanske fysiken Nicholas Metropolis (1915-1999) og og den amerikanske Richard Feynman (1919-1998. Metropolis utviklet sammen med Stanislaw Ulam og John von Neumann Monte-Carlo simuleringsmetoder innen statistisk mekanikk.
Openheimer ble etter andre verdenskrig beskylt for kommunistsymptaier. Rabi og Fermi var støttespillere for J. Robert Oppenheimer mot Lewis L. Strauss fra Atomic Energy Commission (AEC) som forsøkte å diskreditere Oppenheimer. Isidor Isaac Rabi (1898-1988) fikk nobelprisen i fysikk i 1944 «for resonansmetoder fr å registrere magnetiske egenskaper ved atomkjerner».
Det endte med at Oppenheimer seiret og Strauss ble vanæret. Redsel for at Sovjetunionen skulle utvikle en hydrogenbombe gjorde at Harry S. Truman, president fra 1945-1953 fikk laget en Ulam-Teller hydrogenbombe hvor man bruker en vanlig atombombe (fisjonsbombe) som tennsats for å sprenge den gigantiske hydrogenbomben (fusjonsbombe).
Nøytronbombe
En nøytronbombe er en type hydrogenbombe som sender ut kortvarig istens nøytronstråling fra deuterium og tritium, som dreper alt liv, men som bevarer bygningskonstruksjoner.
Nøytronstjerne
Innen kosmologi kan an supernovaeksplosjon kan gi opphav til en nøytronstjerne med tettpakkete nøytroner. Pulsarer er roterende nøytronstjerner.
Natur og kultur
Filmen Oppenheimer (2023), regissør Christopher Nolan. Musikk Ludwig Göransson hvor han anvender tema Lacrimosa fra Mozarts Rekviem (Dødsmesse) i D- moll, i filmen da Trinity eksploderer i ørkenen i New Mexico.
Litteratur
Wikipedia