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Ein Neutron ist ein Teilchen und eine von drei Hauptkomponenten in einem Atom, die anderen beiden sind Protonen und Elektronen. Neutronen sind, wie der Name besagt, elektrisch neutrale Teilchen. Protonen sind positiv geladen und Elektronen sind negativ geladen. Protonen und Neutronen bilden den Kern eines Atoms. Die Anzahl der Neutronen hilft, das Gewicht eines Elements zu bestimmen, da es das schwerste Teilchen der drei ist.
Wenn ein einzelnes Neutron für sich allein existiert, zerfällt es schnell. Eine Neutronen-Halbwertszeit beträgt etwa 10,5 Minuten. Darüber hinaus sind Neutronen in Prozessen wie Kernspaltung, radioaktiver Zerfall und Neutroneneinfang prominent.
Die Hauptfunktion des Neutrons im Kern ist es, seine Kraft zu nutzen, um Protonen zu verbinden, anstatt sich abzustossen, wie sie es tun würden, wenn die Neutronen fehlten. Da Neutronen keine elektrische Ladung haben, sind sie unberührt von der elektrischen Ladung der Protonen. Eine stärkere Bindung tritt in Kraft, überwindet die elektrische Kraft und zieht die Protonen zu den Neutronen an, sodass beide Teilchen zusammenhalten, um einen stabilen Kern zu schaffen.
Die Isotope eines Elements existieren natürlich und sind normalerweise stabil; ein Isotop kann daran erkannt werden, dass seine Anzahl an Protonen, Elektronen und Ordnungszahl gleich ist, aber die Atommasse unterschiedlich sein wird. Das Isotop wird dann als (Name des Elements)-(Atommasse auf die nächste ganze Zahl gerundet) bezeichnet. So hat zum Beispiel Kohlenstoff, bekannt als Kohlenstoff-12, auch Isotope von Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14, was bedeutet, dass die Masse etwa 13 oder 14 beträgt, beziehungsweise.
Wenn es einen Überfluss an entweder Neutronen oder Protonen in einem Kern gibt, kann ein Teilchen in das andere umgewandelt werden (z. B. wird ein Neutron zu einem Proton oder ein Proton zu einem Neutron). Die Ladungsänderung wird die Atomstabilität beeinflussen und das Element insgesamt verändern. Um das Atom zu neutralisieren, muss eine entgegengesetzte Ladung im Produkt vorhanden sein. Wenn ein Neutron zu einem Proton zerfällt, ist es Beta-Minus-Zerfall. Das Atom hat eine positive Ladung, verliert ein Elektron und wird zum nächsten Element im Periodensystem. Wenn ein Proton zerfällt, um ein Neutron zu produzieren, ist es Beta-Plus-Zerfall. Das Atom wird ein Proton weniger haben, ein Elektron verlieren und zum Element tiefer im Periodensystem werden.
Das Spalten von Atomen wird als Kernspaltung bezeichnet. Da Neutronen schwere Teilchen sind, kann ihre Zugabe zu einem Kern sofort die Instabilität erzeugen. Normalerweise wird ein frei schwebendes Neutron in einen Kern absorbiert, und da es elektrisch neutral ist, bindet es einfach an die Protonen. Das am häufigsten verwendete Element bei der Kernspaltung ist ein Isotop von Uran, genannt Uran-235. Das natürlich vorkommende Element hat eine Atommasse von 238. Wenn das U-235-Isotop ein frei schwebendes Neutron absorbiert, wird es zu U-236, was instabil ist und sofort spaltet. Beim Spalten werden zwei neue Elemente gebildet und zwei Neutronen werden frei. Somit wird in einem Kernreaktor voller U-235 der Prozess zu einer Kettenreaktion, wobei die frei schwebenden Neutronen kontinuierlich freigesetzt werden und U-235-Atome treffen, sie destabilisieren und so weiter.
Beim Neutroneneinfang heftet sich ein Neutron in einem aufgeregten Zustand an einen anderen Kern an. Dieser Prozess strahlt Energie in Form von Gammastrahlen aus. Das Neutron wird normalerweise in den aufgeregten Zustand gezwungen, sodass es direkt in den Kern eines Zielatoms schießt. Es gibt zwei Prozesse, den langsamen Prozess (s-Prozess) und den schnellen Prozess (r-Prozess). Der Unterschied ist die Rate, mit der das Neutron vom Zielatom eingefangen wird. Es ist ein weniger bekannter Prozess und wurde in Krebstherapien verwendet. Die freigesetzte Energie ist vorteilhaft, um Tumore bei bestimmten Arten von Gehirnkrebs zu töten.
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