Bessere Noten mit Duden Learnattack Jetzt kostenlos testen
 
Lexikon Physik

Neutron

Das Neutron n ist ein elektrisch neutrales, relativ langlebiges Elementarteilchen mit der Ruhemasse mn = 1,0087 u = \(1,675 \cdot 10^{-27}\,\text{kg}\) bzw. einer Ruheenergie von 939,565 MeV. Die Ruheenergie ist damit um rund 1,3 MeV größer als die des Protons, weswegen freie Neutronen mit einer Halbwertszeit von 880 s (knapp 15 min) sich per Betazerfall in Protonen verwandeln. Das Neutron wurde 1932 von James Chadwick entdeckt.

Neutron und Proton nennt man zusammen auch Nukleonen (Kernbausteine). Sie haben viele Eigenschaften gemeinsam: sie bestehen beide aus drei Quarks (Neutron: udd, Proton: uud), haben den Spin s = 1/2 (sind also Fermionen) und ziehen sich über die starke Wechselwirkung (Kernkraft) an. Beide Nukleonen besitzen auch ein magnetisches Moment, das sich auf komplizierte Weise aus den Spins und Bahndrehimpulsen ihrer Quarks ergibt.

Im Atomkern gebundene Neutronen sind, anders als freie Neutronen, stabil, da es innerhalb des Atomkerns keine unbesetzten Quantenzustände gibt, die sie als Protonen einnehmen könnten (für Nukleonen wie für alle Fermionen gilt das Pauli-Prinzip, nach dem jeder Quantenzustand nur einmal besetzt werden darf).

Da Neutronen nach außen neutral sind, erleiden sie keinen Energieverlust durch Ionisation und können auch dicke Materieschichten durchdringen. In Materie werden sie nur durch elastische und inelastische Stöße mit Atomkernen abgebremst. Das macht den direkten Nachweis schwierig; man wandelt normalerweise Neutronen durch eine Kernreaktion in geladene Teilchen um, die z. B. in einem Zählrohr detektiert werden.

Aufgrund seines guten Durchdringungsvermögens eröffnet ein Neutronenstrahl aber als Sonde wertvolle Untersuchungsmöglichkeiten. Dazu verwendet man einen von einer Neutronenquelle erzeugten Strahl von thermischen Neutronen (die Bezeichnung rührt daher, dass ihre kinetische Energie so gering ist, dass sie mit der Energie von Gasteilchen infolge thermischer Bewegung vergleichbar ist: zwischen 0,01 und 0,1 eV, entsprechend einer Geschwindigkeit von unter 4,4 km/s). Die Neutronen haben dann eine De-Broglie-Wellenlänge von ca. 0,1 nm und sind für Untersuchungen im Größenbereich von Kristallgitterabständen besonders geeignet.

Die Neutronenspektroskopie ist heute eines der wichtigsten Verfahren der Kernphysik, Festkörperphysik und Materialforschung, wird aber auch in Chemie und Biologie eingesetzt. Große technische Bedeutung haben die Neutronen auch im Kernreaktor, wo sie die Kettenreaktion einleiten und aufrechterhalten, aber auch zu einer unkontrollierbaren nuklearen Explosion („Super-GAU“) führen können.

Registriere dich, um den vollen Inhalt zu sehen!
Deine Vorteile
  • Bessere Noten mit über 15.000 Lerninhalten in 9 Fächern
  • Originalklassenarbeiten, Musterlösungen und Übungen
  • NEU: Persönliche WhatsApp-Nachhilfe

VERSTÄNDLICH

PREISWERT

ZEITSPAREND

Weitere Physikthemen findest du hier

Wähle deine Klassenstufe

Weiterführende Lexikonartikel