Neutron - Définition

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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 (Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux grandes...)
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) 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...) 0 C
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) ½
Durée de vie (La vie est le nom donné :) 878,5 ± 0,8 s
Historique

Le neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.) est une particule subatomique (Une particule subatomique est un composant de la matière de taille inférieure à un...). 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...) (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...). Pour un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...), on note Z le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) 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...) 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 physique, le moment magnétique est une grandeur vectorielle qui permet de mesurer...).

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...) anglais James Chadwick (Sir James Chadwick (20 octobre 1891 à Manchester - 24 juillet 1974 à...) 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...) différents, l’une entraînant l’autre. En ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) elle est exemplaire de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) 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...) 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, dit Frédéric Joliot-Curie, (19 mars 1900 à...) 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 à environ 50 MeV (une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) très élevée pour l’époque) et de l’hydrogène.

En 1932, en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....), aussitôt ces résultats parus (Parus est un genre d'oiseaux de la famille des Paridae. Jusque vers la fin du 20ème...), 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...) + 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 (Sir Ernest Rutherford (30 août 1871 à Brightwater, Nouvelle-Zélande -...) 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...) 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...), 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,...), 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...)

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...) par collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) 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...). 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...) 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...).

Application

  • Les rayons de neutrons sont utilisés pour la diffusion neutronique (La neutronique est l'étude du cheminement des neutrons dans la matière et des...), 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...). 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...) 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...) 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...) de grands centres d'utilisateurs nationaux ou internationaux.

Centres

  • Australie :
    • Australian Nuclear Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) 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...):
    • L'institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien...) 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...) d'un réacteur neutronique.
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