Neutron - neutron

A type of elementary particle, also called a neutron. It is a neutral particle with no electric charge. In current particle theory, a neutron is thought to be made up of one u quark with a charge of 2/3 and two d quarks with a charge of -1/3 (the charge is measured in units of that of a proton). A neutron has no total electric charge, but positive and negative charges are distributed inside it, and the distribution is about 10 ^-14 centimeters. The mass of a neutron is 1.67491×10 ^-24 g, which is 1.0014 times that of a proton. It has a spin of 1/2 and a magnetic moment of -1.91304 e ħ/2 m _p c according to Fermi statistics. Here, e is the unit of charge, m _p is the proton mass, c is the speed of light, and ħ is 1/2π of the Planck constant h . A single neutron emits an electron and an antineutrino through beta decay, and turns into a proton in about 10 minutes.

When beryllium is irradiated with α (alpha) rays emitted from polonium, highly penetrating radiation is obtained. The Curies considered this to be strong γ (gamma) rays, but the British physicist Chadwick, based on his research into the reaction of this radiation with atomic nuclei, believed that it was a new particle with no electric charge and almost the same mass as a proton, which he named neutron (1932). Upon learning of this discovery, Heisenberg published the theory that atomic nuclei are made up of protons and neutrons (1932), laying the foundation for today's theory of atomic nuclear structure. Neutrons are almost the same as protons except for their electrical properties, and since neutrons, together with protons, are components of atomic nuclei, they are also collectively called nucleons. A nucleus is determined by its atomic number and mass number, which are the number of protons and the sum of the number of protons and neutrons, respectively.

In ultra-high density matter, the pressure of electrons becomes so great that the electrons react with protons through the reverse process of beta decay, emitting neutrinos and turning into neutrons, which is more stable. It is thought that this phenomenon occurs in the evolutionary process of certain types of stars. Stars made only of neutrons are called neutron stars. Pulsars are thought to be such stars.

Neutrons have no electric charge and therefore have good penetration through materials, so neutron beams are used in the study of crystal structure. Whereas X-ray scattering is caused by electrons, neutron beam scattering is caused by atomic nuclei and magnetic fields, so it is important because it provides different information than X-ray diffraction. Neutron beams (streams of neutrons) can be obtained by irradiating beryllium with alpha rays, but they can also be produced by irradiating lithium or heavy water with proton or deuteron streams created in an accelerator, respectively. Strong neutron beams can also be obtained from nuclear reactors. A neutron bomb is a type of thermonuclear fusion bomb (hydrogen bomb) that has reduced explosive power and enhanced neutron generation, and is intended primarily to kill people while limiting the destruction of buildings and residual radioactivity.

[Toshihide Maskawa]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

素粒子の一つでニュートロンともいう。電荷がなく中性の粒子の意味である。現在の素粒子論では、中性子は電荷2/3のuクォーク1個と-1/3のdクォーク2個からできていると考えられている（電荷は陽子のそれを単位とした）。中性子の総電荷はないが、内部では正負の電荷が分布しており、その広がりは約10^-14センチメートルである。中性子の質量は1.67491×10^-24gで陽子の1.0014倍である。スピン1/2でフェルミ統計に従い磁気モーメント-1.91304eħ/2m_pcをもつ。ここで、eは電荷単位、m_pは陽子質量、cは光速、ħはプランク定数hの2π分の1を表す。単独で存在する中性子はβ(ベータ)崩壊により電子と反中性微子（反ニュートリノ）を放出して約10分間で陽子に変わる。

　ベリリウムにポロニウムから放出されるα(アルファ)線を照射すると、透過性の強い放射線が得られる。キュリー夫妻はこれを強いγ(ガンマ)線であると考えたが、イギリスのチャドウィックはこの放射線と原子核の反応についての研究から、これが電荷をもたずほぼ陽子と同じ質量をもつ新しい粒子と考え、中性子と名づけた（1932）。この発見を知ったハイゼンベルクは、原子核が陽子と中性子からつくられているとする理論を発表（1932）し、今日の原子核構造理論の基礎を築いた。中性子は電気的性質を除けばほぼ陽子と等しく、陽子とともに原子核の構成要素なので、まとめて核子ともよばれる。原子核は原子番号と質量数で決まるが、それらはそれぞれ、陽子の個数と、陽子と中性子の個数の和のことである。

　超高密度の物質中では電子の圧力が非常に大きくなり、β崩壊の逆過程により電子と陽子が反応し、中性微子を放出して中性子に変わったほうが安定となる。ある種の星では進化の過程でこの現象が生ずると考えられている。この中性子のみからできた星を中性子星とよぶ。パルサーがこれであると考えられている。

　中性子は電荷をもたないので物質中の透過性がよく、中性子線は結晶構造の研究に使われる。X線散乱は電子によって生ずるのに対し、中性子線の散乱は原子核や磁場によって生ずるので、X線回折と違った情報が得られるため重要である。中性子線（中性子の流れ）はベリリウムにα線を照射しても得られるが、加速器でつくられた陽子流や重陽子流をそれぞれリチウムや重水に照射してもつくれる。また原子炉からも強い中性子線が得られる。中性子爆弾は、熱核融合爆弾（水爆）の一種で、爆発力を抑え中性子の発生を強化したものであり、建物の破壊と残留放射能を抑え、おもに人の殺傷を目的としている。

［益川敏英］

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