न्यूट्रॉन हा अणूकेंद्रांचा घटक कण असून न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन या दोन कणांपासून अणुकेंद्रकांची संरचना तयार होते. न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन यांची वस्तुमाने जवळ सारखी आहेत आणि त्यांचे इतर काही गुणधर्मही सारखे आहेत. त्यामुळे या दोघांना न्युक्लिऑन (Nucleon) असे संबोधले जाते. न्यूट्रॉन प्रबळ आंतरक्रियाशील असल्याने त्याची हॅड्रॉनांमध्ये (Hadron) गणना होते. तसेच न्यूट्रॉनची बॅरिऑन (Barion) संख्या १ असल्याने त्याची बॅरिऑनांमध्येही गणना केली जाते. न्य़ूट्रॉन स्थायी कण नसून त्याचा ऱ्हास होऊन प्रोटॉन (p), इलेक्ट्रॉन (e^-) आणि न्यूट्रिनो (\nu_u) निर्माण होतात. सुरवातीस न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन हे मूलभूत कण आहेत असे मानले जात होते. परंतु आता हे कण क्वार्क (Quark), प्रतिक्वार्क (Antiquark) आणि ग्लुऑन (Gluon) यांपासून बनले आहेत असे समजले आहे. न्यूट्रॉनांचे प्रमुख गुणधर्म खालील तक्त्यात नमूद केलेले आहेत.

वस्तुमान १.००८६६४९ da = १.६७४९२७ x १०-२७ Kg
विद्युतभार 0 e, (-२±८) x १०-२२ C (प्रयोगांचा निष्कर्ष)
परिवलनसंख्या, पॅरिटी १/२  (फर्मिऑन )
चुंबकीय द्विधृवीय आघूर्ण (चुंबकीय आघूर्ण, magnetic dipole moment) -१.९१३०४३  न्यूक्लीय  मॅग्नेटॉन (nuclear magneton)
संकल्पना ई. रदरफोर्ड (E. Rutherford) (१९२०)
शोध जेम्स चॅडविक (James Chadwick) (१९३२)
आंतरक्रिया (interactions) प्रबळ, अबल, विद्युतचुंबकीय, गुरुत्वाकर्षण (strong, weak, electromagnetic and gravitation)
8 अर्धायुकाल ६१२.१५ से.
जेम्स चॅडविक (२० ऑक्टोबर १८९१ – २४ जुलै १९७४)

शोध न्यूट्रॉनची संकल्पना ई. रदरफोर्ड याने १९२० मध्ये मांडली. यामागे अणूंची वस्तुमाने आणि विद्युतभार समजून घेण्याचा हेतू होता. त्यावेळी अणू हे प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन यांनी तयार झाले असतात असा समज होता. अणुकेंद्रांचा विद्युतभार प्रोटॉनच्या विद्युतभाराच्या पटीत असतो आणि त्यांचे वस्तुमानही जवळजवळ प्रोटॉनच्या वस्तुमानाच्या पटीत असते. त्यामुळे अणुकेंद्रकामधील प्रोटॉनांची संख्या अणुकेंद्रकाच्या वस्तुमानसंख्येइतकी असते आणि अणुकेंद्राच्या वस्तुमानसंख्येमधून त्याची विद्युतभारसंख्या वजा केल्यास येणाऱ्या संख्येइतके इलेक्ट्रॉन असतात असा समज होता. उदा.,  नायट्रोजनच्या (N) १४ वस्तुमानांक असलेल्या अणुकेंद्रकात १४ प्रोटॉन आणि ७ इलेक्ट्रॉन असतात (म्हणजे त्याची विद्युतभारसंख्या अथवा अणुसंख्या ७ होईल). परंतु या संकल्पनेत बऱ्याच त्रुट्या आढळून आल्या. उदा., क्वांटम स्थितिगतिशास्त्राच्या अनिश्चितता तत्त्वानुसार इलेक्ट्रॉन त्यांच्या कमी वस्तुमानामुळे अणुकेंद्राच्या लहान आकारात राहू शकत नाहीत (हायझेनबेर्गचे अनिश्चितता तत्व). यावर उपाय म्हणून रदरफोर्डने न्यूट्रॉनची संकल्पना मांडली.

वॉथर बोथे आणि हर्बर्ट बेकर या शास्त्रज्ञांनी १९३१ मध्ये असे दाखवून दिले की अल्फा कणांच्या बोरॉन (B), बेरिलियम (Be) अथवा लिथियमच्या (Li) अणुकेंद्रकांबरोबरील संघातात विद्युतभाररहित कण बाहेर येतात. या कणांवर जेम्स चॅडविकने १९३२ मध्ये अधिक प्रयोग केले आणि दाखवले की, या कणांचे वस्तुमान जवळजवळ प्रोटॉनच्या वस्तुमानाइतके असते. त्यांनी या कणांचे न्यूट्रॉन असे नामकरण केले.

न्यूट्रॉनांचे प्रमुख गुणधर्म वरील कोष्टकात दिलेले आहेत. [न्यूट्रॉनांचे गुणधर्म]

न्यूट्रॉनची प्रतिकृती. डावीकडील चित्रात क्वार्क, प्रतिक्वार्क आणि ग्लूऑन दाखवलेले आहेत. ग्लूऑन निळ्या रंगांच्या रेषांनी दाखवलेले आहेत. उजवीकडील चित्र हे घटक क्वार्क प्रतिकृती (constituent quark model) दाखवते. या प्रतिकृतीनुसार न्यूट्रॉनमध्ये दोन डी क्वार्क (d quark; लाल वर्तुळ) आणि एक यू क्वार्क (u quark; निळे वर्तुळ) असतात.

न्यूटॉनाची संरचना : न्यूट्रॉन हे मूलभूत आणि बिन्दुवत (point) कण नसल्याचे त्याच्या चुंबकीय द्विधृवीय आघूर्णाच्या (magnetic dipole moment) मूल्यामुळे कळते. न्यूट्रॉनचा विद्युतभार शून्य असल्याने त्याचे चुंबकीय द्विधृवीय आघूर्ण शून्य असले पाहिजे. परंतु त्याचे मूल्य -१.९१३०४३ न्यूक्लीय मॅग्नेटॉन आहे.  तसेच न्यूट्रॉनच्या विद्युतभाराचे वितरण इलेक्ट्रॉन आणि न्यूट्रॉन यांच्या विकीरणामध्ये (scattering) मोजलेल्या काटछेदामधून (cross section) कळते. न्यूट्रॉनच्या संरचनेची विस्तृत माहिती अतिउच्च ऊर्जित इलेक्ट्रॉनाच्या न्यूट्रॉनबरोबरील संघाताद्वारे कळते. अशा प्रयोगाद्वारे, तसेच प्रबल आंतरक्रियेच्या अभ्यासाद्वारे असे कळले आहे की, न्यूट्रॉन क्वार्क आणि ग्लूऑनांनी तयार झालेला आहे. [क्वांटम क्रोमोडायनॅमिक्स; quantum chromodynamics; QCD] त्यामध्ये क्वार्क, प्रतिक्वार्क आणि ग्लूऑन असतात. क्वांटम क्रोमोडायनॅमिक्सवर आधारित एका प्रतिकृतीनुसार न्यूट्रॉन मध्ये दोन डी क्वार्क आणि एक यू क्वार्क असतो. अशा क्वार्कांना घटक क्वार्क म्हणतात. [क्वार्क प्रतिकृत्या; quark models)].

संसूचन, उत्पादन आणि उपयोग :

संसूचन (detection) : न्यूट्रॉन विद्युतभाररहित असल्याने त्यांचे संसूचन विद्युतचुंबकीय पद्धतींनी करणे शक्य होत नाही. त्यासाठी न्यूक्लीय अभिक्रियांचा (nuclear reactions) वापर करावा लागतो. उदा., न्यूट्रॉनची लिथियम किंवा बोरॉनच्या अणुकेंद्रकांबरोबरची अभिक्रिया. या अभिक्रियांमध्ये प्रोटॉनसारखे विद्युतभारित कण उत्सर्जित होतात आणि त्यांना विद्युतचुंबकीय पद्धतींनी संसूचित करता येते. लिथियम आणि बोरॉन संसूचनात वापरण्याचे एक महत्त्वाचे कारण म्हणजे या अभिक्रियांचा काटछेद बराच अधिक आहे. अशा पद्धतीत न्यूट्रॉनांचे संसूचन अप्रत्यक्ष रीत्या होते आणि अभिक्रियेत भाग घेणारा न्यूट्रॉन नष्ट होतो.

संसूचनाची दुसरी पद्धत म्हणजे न्यूट्रॉनांचे अणुकेंद्रांबरोबरचे प्रत्यास्थ विकीरण (elastic scattering). या पद्धतीत प्रोटॉन अथवा ड्यूटेरॉन सारखे कमी वस्तुमानाचे अणुकेंद्रक वापरणे सोईचे असते. विकीरणात प्रतिक्षिप्त (recoiling) अणुकेंद्रक विद्युतभारित असल्याने त्याचे संसूचन करता येते. प्रतिक्षिप्त अणुकेंद्राचा वेग आणि दिशा मोजल्यास विकीरणात भाग घेणाऱ्या न्यूट्रॉनाची दिशा आणि ऊर्जासुद्धा कळते. त्यामुळे ही पद्धती अधिक चांगली आहे. परंतु या पद्धतीने कमी ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनांचे संसूचन करता येत नाही. कारण प्रतिक्षिप्त अणुकेंद्रांचा वेग कमी असल्याने त्यांचे संसूचन करणे शक्य नसते.

उत्पादन (Production) : न्यूट्रॉनांच्या उत्पत्तीसाठी अल्फा किरणांचा (\alpha rays) ड्यूटेरॉन अथवा बेरिलियम सारख्या अणुकेंद्रकांवर मारा करतात. कारण या अणुकेंद्रांवर अल्फा कणांचा मारा केल्यास न्यूट्रॉन उत्सर्जित होतात. या पद्धतीचे वैशिष्ट्य म्हणजे या अभिक्रियेत एकाच विशिष्ट ऊर्जेचे न्यूट्रॉन मिळतात.

तसेच अणुभट्ट्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर न्यूट्रॉनांची निर्मिती होत असते कारण प्रत्येक युरेनियमच्या विभाजनात सुमारे २.५ न्यूट्रॉन उत्सर्जित होतात. त्यामुळे अणुभट्ट्या हा न्यूट्रॉनांचा उत्तम स्रोत आहे. परंतु अणुभट्ट्यात उत्सर्जित होणाऱ्या न्यूट्रॉनांचे अणुभट्टीतील  मंदायकांबरोबर (moderator) विकीरण होते आणि त्यांची गतिक ऊर्जा कमी होऊन ती अणुभट्टीच्या तापीय (thermal) ऊर्जेइतकी होते. म्हणून अणुभट्ट्यांमधून बाहेर येणाऱ्या न्यूट्रॉनांची ऊर्जा eV पेक्षा कमी असते. (एक eV ऊर्जा म्हणजे इलेक्ट्रॉनला एक व्होल्ट विद्युतविभवामुळे मिळणारी ऊर्जा)

जेव्हा उच्च ऊर्जा असलेले कण अणुकेंद्रकावर आदळतात तेव्हा बरेच न्यूट्रॉन अणुकेंद्रकांमधून उत्सर्जित होतात. उदा., जेव्हा गिगाव्होल्ट (१० eV) इतकी गतिज ऊर्जा असलेले प्रोटॉन युरेनियमसारख्या अणुकेंद्रकावर आदळतात, तेव्हा दहापेक्षा अधिक न्यूट्रॉन उत्सर्जित होतात. अशा अभिक्रियांमधून निर्माण होणाऱ्या न्यूट्रॉनांचा अणुभट्ट्यांमधे वापर करण्यासंबंधी प्रयोग चालू आहेत.

उपयोग :  न्यूट्रॉनांचा बऱ्याच ठिकाणी वापर होतो. त्यांपैकी काहींचा खाली उल्लेख केला आहे.

१. न्यूट्रॉनांचा अत्यंत महत्त्वाचा उपयोग अणुभट्ट्यांमध्ये होतो.

२. न्यूट्रॉनांच्या अणुकेंद्रकांबरोबरील संघातात नवीन किरणोत्सर्गी अणुकेंद्रके तयार होतात. अशा किरणोत्सर्गी अणुकेंद्रकांचा न्यूक्लीय वैद्यकीमध्ये आणि घन वस्तूंचे गुणधर्म जाणून घेण्यासाठी उपयोग होतो. [न्यूक्लीय वैद्यकी]

३. कमी ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनांची डी ब्रॉग्ली तरंगलांबी (de Broglie wavelength) साधारणपणे घनपदार्थातील दोन अणूंमधील अंतराइतकी असते. त्यामुळे अशा न्यूट्रॉनांचा वापर करून घन पदार्थांच्या आणि मोठ्या अणूंच्या संरचनेविषयी माहिती मिळते. विशेषकरून न्यूट्रॉनांची अणूंच्या चुंबकीय आघूर्णाबरोबर आंतरक्रिया होत असल्याने असे अणू असलेल्या पदार्थांविषयी माहिती उत्तम प्रकारे मिळते. [न्यूट्रॉन सूक्ष्मदर्शी; neutron microscope]

कळीचे शब्द : #न्यूट्रॉन #न्यूक्लिऑन #हेड्रॉन #बॅरिऑन #क्वार्क #प्रतिक्वार्क #अणुकेंद्र #प्रोटॉन #इलेक्ट्रॉन # किरणोत्सर्ग

संदर्भ :

समीक्षक : मा. रा. राजवाडे

Close Menu
Skip to content