Nous expliquons ce qu’est un neutron, comment il a été découvert, sa fonction et ses propriétés. Aussi, qu’est-ce que la fission nucléaire et à quoi sert-elle?
Qu’est-ce qu’un neutron ?
Un neutron est un type de particule subatomique (particules qui composent les atomes de matière ) présente dans le noyau de certains atomes et dotée d’une charge électrique neutre . Tous les atomes de l’ univers sont constitués de neutrons, de protons (avec une charge électrique positive) et d’électrons (avec une charge électrique négative).
Les neutrons se trouvent dans le noyau des atomes (sauf l’hydrogène), ainsi que les protons. Ils sont maintenus ensemble par de fortes forces nucléaires, tandis que les électrons, dans le modèle atomique classique, dansent autour de différentes orbites . Pour cette raison, les protons et les neutrons sont connus sous le nom de nucléons .
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découverte du neutron
Avant la découverte des neutrons, il existait une inconnue concernant la masse et la charge des atomes, notamment lorsqu’il a été démontré que les électrons ne pouvaient pas se trouver dans le noyau atomique , mais que la masse nucléaire ne correspondait pas exactement à la masse totale des atomes. protons.
Ainsi, le physicien allemand Ernest Rutherford, qui découvrit les protons, proposa en 1920 la nécessité d’un neutron pour exister , c’est-à-dire une particule qui ajouterait de la masse à l’atome sans modifier sa charge électrique .
Des années plus tard, les neutrons ont été découverts en 1932, par le physicien anglais James Chadwick , lauréat du prix Nobel de physique 1935 . Grâce à différentes expériences et études du rayonnement obtenu en frappant de la paraffine ou d’autres composés riches en hydrogène , Chadwick montra que les prédictions physiques ne correspondaient pas au phénomène observé.
En d’autres termes, le rayonnement obtenu provenait de particules semblables au proton, mais qui n’avaient pas de charge électrique. Ce fut la première expérience qui conduisit à la découverte formelle des neutrons.
propriétés des neutrons
Les neutrons ont une masse similaire à celle du proton , mais légèrement supérieure (1,00137 fois) et donc bien supérieure à celle de l’électron (1838,5 fois). Comme les protons, ils sont constitués de particules fondamentales appelées quarks . Les neutrons ont deux quarks « down » et un quark « up ». La somme des charges de ces quarks est nulle.
Lorsqu’ils sont dans le noyau atomique, les neutrons sont stables, mais lorsqu’ils sont à l’extérieur, à l’état libre, ils ont une demi-vie de 879,4 secondes, avant de se décomposer en un proton, un électron et un antineutrino électronique. C’est ce qui se passe souvent à l’intérieur des centrales nucléaires, où il y a une forte concentration de neutrons libres.
fonction neutronique
Les neutrons jouent un rôle stabilisateur au sein du noyau de l’atome. S’ils ne l’étaient pas, les protons se repousseraient. Par leur présence, les neutrons compensent cette force électrique répulsive au moyen de la force nucléaire forte qui maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau.
Cependant, les neutrons libres peuvent être utilisés pour d’autres types de fonctions, pratiques pour l’homme . Par exemple, il est utilisé pour la pénétration et la visualisation de matériaux , grâce à leur émission contrôlée.
Ils sont également utilisés dans la fission nucléaire, c’est-à-dire la rupture du noyau atomique en le bombardant de neutrons libres, provoquant ainsi des réactions qui libèrent d’énormes quantités d’ énergie . Ceci, bien sûr, comporte de nombreux dangers, car l’émission incontrôlée de neutrons peut endommager la structure des protéines de base des êtres vivants .
Fision nucléaire
La fission nucléaire est une forme de rupture d’atomes, en particulier d’atomes de matériaux lourds tels que l’uranium (U) et ses isotopes stables.
Ce procédé consiste à bombarder le noyau, par exemple et plus couramment, de l’uranium avec des neutrons rapides , ce qui provoque sa division et la libération d’ énergie , et avec lui de nouveaux neutrons libres, dans une réaction en chaîne capable de générer des niveaux d’énergie utilisable élevés.
Lorsque cette réaction se produit dans un environnement contrôlé, elle peut être exploitée pour générer de l’électricité à travers des turbines et la mettre à des fins humaines, tout comme cela se produit à l’intérieur des centrales nucléaires. L’ énergie nucléaire est relativement sûre et assez rentable, mais elle comporte certains risques car elle sous-produit des éléments toxiques (radioactifs).
Au contraire, lorsque cette réaction se produit de manière incontrôlée, nous sommes en présence d’une bombe atomique , l’une des inventions de guerre les plus destructrices que l’ être humain ait pu concevoir, tout comme celles larguées par le gouvernement américain sur les villes japonaises d’Hiroshima et de Nagasaki pendant la Seconde Guerre mondiale .
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