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Neutron
Neutron
Composition d'un neutron
Schématique de la composition en quarks d'un neutron
Propriétés générales
Composition 1 quark u
2 quarks d
Classification Fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2): l'électron, le muon, le neutrino et les...)
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) 939,573 MeV.c-2
(1,674 94×10-27 kg)
Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) 0 C
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa...) ½
Durée de vie (La vie est le nom donné :) 878,5 ± 0,8 s
Historique

Le neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons,...) est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre....). Pour un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...), on note Z le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons (que l'on appelle nombre atomique ou numéro atomique), A le nombre de protons + neutrons. Le nombre de neutrons est donc N ou A-Z.

Masse du neutron: mn = 939.56533 ± 0.00004 MeV/c2

Un neutron fait partie des baryons (hadron formé de 3 quarks) et est composé d'un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière.) up (charge 2/3 e) et de deux quarks down (2 charges de -1/3 e). Du fait de cette structure, le neutron présente un moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.).

Le neutron a été découvert par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive...) anglais James Chadwick en 1932.

Historique

La découverte du neutron a résulté de trois séries d’expériences, faites dans trois pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus...) différents, l’une entraînant l’autre. En ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive...) elle est exemplaire de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre social,...) de la connaissance.

En 1930, en Allemagne, W. Bothe et H. Becker, spécialistes du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) cosmique observent que des éléments légers, bombardés par des particules alpha, émettent des rayons " ultra pénétrants " qu’ils supposent être des rayons gamma beaucoup plus énergiques que ceux émis par des noyaux radioactifs ou accompagnant les transmutations nucléaires.

En 1931, en France, Irène et Frédéric Joliot-Curie (Jean Frédéric Joliot (19 mars 1900 à Paris (16è arr.) - 14 août 1958 à Paris) était un physicien français.) intrigués par ces résultats cherchent à comprendre la nature de ce rayonnement et découvrent qu’il a la propriété de mettre en mouvement des noyaux atomiques et en particulier des protons... Ils supposent qu’il s’agit là d’un effet Compton entre des gamma dont ils estiment l’énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) à environ 50 MeV (une énergie très élevée pour l’époque) et de l’hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.).

En 1932, en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui...), aussitôt ces résultats parus, James Chadwick fait un test confirmant les résultats et va plus loin et mesurant avec précision l’énergie des noyaux projetés en utilisant la réaction alpha (En astrophysique, les réactions alpha sont une des deux classe de réactions de fusion nucléaire par lesquelles les étoiles convertissent de l'hélium en éléments plus lourds; l'autre classe sont les réactions...) + Be → C + n, il peut affirmer que le rayonnement " ultra pénétrant " ne peut être un rayonnement gamma, d’énergie très élevée, mais doit être composé de particules de masse 1 et de charge électrique 0 : c’est le neutron.

Chacune des trois équipes avait travaillé avec les appareils dont elle disposait, mais aussi avec ses connaissances et avait baigné dans la tradition de son laboratoire. Il n’est pas étonnant que ce soit au laboratoire de Cambridge, dirigé par Ernest Rutherford que le neutron ait été découvert. Depuis 1920, Rutherford, en effet, avait émis l’hypothèse de l’existence du neutron.

James Chadwick, fut l’assistant de Rutherford et l’un de ses plus brillants disciples. Ce fut le 3 juin 1920 qu’il entendit Rutherford, dans le cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle....) des habitués des Bakerian Lectures de la Royal Society, formuler l’idée d’une sorte d’atome de masse 1 et de charge 0 qui n’était pas l’hydrogène : cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...), n’étant pas sujet aux répulsions électriques que subissaient les protons et les particules alpha, devait pouvoir s’approcher des noyaux et y pénétrer facilement. Chadwick se souvint 12 ans plus tard de cette communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...), quand il eut à interpréter les résultats de ses expériences.

Plus tard, apprenant que le prix Nobel avait été décerné à Chadwick pour la découverte du neutron, Rutherford dira, selon Emilio Segré : “Pour le neutron, c’est Chadwick tout seul. Les Joliot-Curie sont tellement brillants qu’ils le mériteront vite pour quelque chose d’autre !”.

Radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le...)

La radioactivité produit des neutrons libres. Ces neutrons peuvent être absorbés par les noyaux d'autres atomes qui peuvent alors devenir instables. Ils peuvent aussi provoquer une fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est...) par collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec le noyau.

Le neutron étant globalement neutre, il ne produit pas directement d'ionisations en traversant la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe...). En revanche, il peut avoir de nombreuses réactions avec les noyaux des atomes (capture radiative, diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation » (diffuseur d'un...) inélastique, réactions produisant des particules alpha ou d'autres neutrons, fission du noyau, ...), produisant chacune des rayonnements ionisants. A ce titre, les neutrons sont considérés comme un rayonnement ionisant (Un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse. Pour les rayons ionisants, il y a beaucoup d'usages pratiques, mais ces rayons sont aussi dangereux...).

Application

  • Les rayons de neutrons sont utilisés pour la diffusion neutronique, processus permettant d'étudier de la matière à l'état condensé. Ce rayonnement pénétrant permet de voir les intérieurs des corps, comme des métaux, des minerais, des fluides et permet d'examiner leur structures à l'échelle atomique par diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être...). La spectroscopie neutronique permet d'étudier d'une manière unique les excitations des corps, comme les phonons et les vibrations atomiques. Un autre avantage des neutrons réside dans leur sensibilité magnétique. Dans ces utilisations, le rayonnement neutronique est complémentaire des rayons X.

Sources

Les sources de neutrons à haut flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) sont soit des réacteurs nucléaires dédiés à la production de ce rayonnement, soit des sources de spallation, grands accélérateurs de protons qui envoient un faisceau de protons accélérés sur une cible évaporant des neutrons. Typiquement, les sources de neutrons rassemblent un parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la promenade ou à l’agrément. Il se distingue du...) d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute...) de grands centres d'utilisateurs nationaux ou internationaux.

Centres

  • Australie :
    • Australian Nuclear Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) and Technology Organisation (Une organisation est) (ANSTO) opère le réacteur (Un réacteur peut désigner :) historique HIFAR et met en service un des plus modernes centres neutroniques OPAL.
  • Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...):
    • L'institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien allemand 1879-1960) et Paul Langevin (physicien français 1872-1946) est un...) est le plus grand centre du monde (Le mot monde peut désigner :) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) d'un réacteur neutronique.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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