neutrone

neutrone

neutróne [Der. di neutro con il suff. -one di elettrone] [FNC] Particella elettricamente neutra, di spin 1/2 e massa di poco superiore a quella del protone, insieme al quale è elemento costitutivo dei nuclei atomici: v. neutrone. Il n. può essere emesso dal nucleo in molte reazioni nucleari (in partic., di fissione o di fusione), è instabile allo stato libero (decade infatti in un protone, un elettrone e un antineutrino con una vita media del-l'ordine di 1000 s) e può essere utilizzato per bombardare altri nuclei atomici, dando luogo a reazioni nucleari (in partic., di fusione controllata nei reattori a fissione, dove sono usati n. rallentati: v. oltre). ◆ [STF] La scoperta del n. ebbe origine da alcune classiche esperienze di W. Bothe e H. Becker, i quali, a Charlottenburg (Berlino) osservarono nel 1930 una radiazione secondaria penetrante emessa da vari elementi leggeri (Li, Be, B, F, ecc.) bombardati con particelle alfa emesse da un campione di polonio, e la interpretarono come costituita da raggi gamma duri, ossia molto penetranti in quanto dotati di energie di qualche MeV, considerate a quell'epoca come elevate. Lo studio di questa radiazione fu ripreso a Parigi da I. Curie e F. Joliot i quali nel 1932, scoprirono che essa può trasferire energie assai elevate (≈ 5 MeV) ai protoni presenti in straterelli di sostanze idrogenate (acqua, paraffina, ecc.) esposti a detta radiazione. L'interpretazione di questo risultato, data dai due studiosi francesi ancora in termini di raggi gamma duri, dava luogo tuttavia a notevoli difficoltà in quanto non si conosceva (né si conosce oggi) alcun processo che avvenisse in modo così frequente come veniva osservato e desse luogo a un trasferimento di energie così elevate, da uno dei fotoni costituenti i raggi gamma incidenti a un corpuscolo pesante come il protone. Queste difficoltà divennero insormontabili quando, poco dopo, J. Chadwick, a Cambridge (Inghilterra), dimostrò sperimentalmente che la radiazione penetrante in questione era capace di trasferire energie dello stesso ordine di grandezza anche a nuclei di azoto, i quali sono dotati di una massa circa 14 volte quella del protone. Chadwick si rese tuttavia subito conto che tutti i fenomeni fino ad allora osservati potevano essere pienamente spiegati se si faceva l'ipotesi che la radiazione penetrante fosse costituita, almeno in parte, da un nuovo tipo di corpuscoli elettricamente neutri e dotati di una massa molto prossima a quella del protone. I risultati delle sue esperienze e questa loro interpretazione furono pubblicati da Chadwick in una lettera alla rivista scientifica inglese Nature il 17 febbraio 1932, lettera che, giustamente, è considerata come l'atto di nascita del neutrone. Da queste prime esperienze, e da altre eseguite poco dopo, fu possibile stabilire che la massa del nuovo corpuscolo, il n., era di assai poco superiore a quella del protone. Il fatto poi che i n. fossero emessi da nuclei di elementi leggeri sotto l'azione di particelle alfa, suggeriva un nuovo modello di nucleo. Prima della scoperta del n. si pensava infatti che i nuclei di tutti gli atomi consistessero in aggregati dei due "corpuscoli elementari" allora noti, protoni ed elettroni, in quantità tali da dar luogo, nel loro insieme, a un sistema dotato del giusto valore della carica elettrica e della massa, ma con l'avvento della meccanica quantistica, che aveva avuto luogo pochi anni prima, questo modello era diventato inaccettabile: come conseguenza del principio di indeterminazione, un elettrone confinato entro le dimensioni di un nucleo (≈ 10-14 m) era necessariamente dotato di una quantità di moto, e quindi anche di una energia cinetica, così elevata da essere incompatibile con quanto si sapeva già allora sulle energie in gioco nei nuclei. La scoperta del n. apriva una via d'uscita a questa difficoltà; diventava infatti possibile l'ipotesi che non vi fossero elettroni nel nucleo, e che questo fosse costituito solo di protoni e di neutroni. Infatti, la difficoltà sopra accennata nel caso degli elettroni non esiste nel caso dei protoni e dei n.; a causa della loro massa, che è circa 2000 volte maggiore di quella degli elettroni, il limite inferiore che si deduce dal principio di indeterminazione per la loro energia cinetica è pienamente compatibile con le energie in gioco nei nuclei. Nasceva così un nuovo modello di nucleo costituito solo da protoni e n. (F. Perrin, W. Heisenberg, D. Ivanenko, 1932), ampiamente confermato da tutte le esperienze successive. Due scoperte, strettamente legate fra loro, dettero un impulso straordinario allo studio delle reazioni nucleari e delle proprietà dei neutroni. Nel gennaio 1934, I. Curie e F. Joliot scoprirono che alcuni elementi leggeri, in partic. il boro e l'alluminio, bombardati con particelle alfa, davano origine a sostanze radioattive, emettenti elettroni positivi, non esistenti in natura. Dopo la scoperta di questo nuovo fenomeno, comunem. indicato come radioattività artificiale per bombardamento di particelle alfa, era molto naturale pensare di produrre nuovi nuclidi radioattivi usando come proiettili particelle diverse dalle particelle alfa, come, per es., protoni o deutoni; esperimenti di questo tipo furono eseguiti qualche tempo dopo e diedero risultato positivo. Più interessante per le sue conseguenze, in gran parte imprevedibili a quell'epoca, fu il tentativo fatto da E. Fermi a Roma. Egli pensò di cercare di osservare qualche esempio almeno di radioattività artificiale usando come proiettili i n., nonostante che questi, essendo corpuscoli prodotti in reazioni nucleari iniziate da particelle alfa, fossero allora disponibili solo con intensità molto piccole, dell'ordine di 104÷105 volte minori delle intensità delle sorgenti di particelle alfa usate dai coniugi Joliot-Curie. Fermi partiva dall'idea che la mancanza di carica elettrica del n., grazie alla quale esso non perde energia per ionizzazione nell'attraversare la materia e non è respinto da un nucleo quando passa nelle sue vicinanze, potesse più che compensare il loro basso numero. La scoperta della radioattività artificiale per bombardamento di n., fatta da Fermi nel marzo 1934 risultò partic. interessante anche per la varietà e importanza dei fenomeni scoperti nello studio sistematico, eseguito in vari centri di ricerca e in partic. a Roma da Fermi e collaboratori (E. Amaldi, O. D'Agostino, F. Rasetti, E. Segrè). Già nel corso del 1934 fu dimostrato che i n. possono produrre processi di diverso tipo, indicati con i simboli (n, α), (n, p) e (n, γ), dove la prima e la seconda lettera fra parentesi rappresentano rispettiv. la particella incidente e la particella emessa. Fu anche dimostrato, a Roma, che l'ultimo dei suddetti processi, indicato spesso con il nome di cattura radiativa del n., può essere prodotto in tutti gli elementi chimici, dai più leggeri fino ai più pesanti, come il torio e l'uranio. Negli anni successivi, in diversi laboratori furono scoperti molti altri tipi di reazioni nucleari provocate da n., come, per es., i processi (n, 2n), (n, 3n), ecc. Partic. importante fu la scoperta fatta nel 1939 a Berlino da O. Hahn e F. Strassmann, i quali dimostrarono che, sotto l'azione dei n., elementi pesanti, come il torio e l'uranio, si scindono in frammenti: è il fenomeno della fissione, che Fermi portò poi nella categoria delle reazioni nucleari controllabili, con la costruzione del primo reattore nucleare a fissione (1942). ◆ [FNC] N. di risonanza: un n. la cui energia sia pari a un'energia di risonanza di un dato nucleo, perciò dotato di proprietà che lo rendono parzialmente adatto a evidenziare tale nucleo nella neutronigrafia (←). ◆ [FNC] N. lento: in contrapp. a n. veloce, lo stesso che n. termico. ◆ [FNC] N. pronto: v. fissione nucleare: II 631 e. ◆ [FNC] N. rallentati, o ritardati: v. fissione nucleare: II 632 c. ◆ [FNC] N. termico: quello la cui energia sia comparabile con l'energia termica dell'ambiente, pari a (3/2)kBT, con kB costante di Boltzmann e T temperatura assoluta; hanno grande importanza nelle fisica dei reattori nucleari a fissione in quanto presentano una sezione d'urto di fissione maggiore di quelli più veloci quali si producono nel reattore e per tale motivi questi ultimi sono adeguatamente rallentati, nel moderatore del reattore, sino a essere portati appunto allo stato di n. termici. ◆ [FTC] [FNC] Bomba a n.: → nucleare: Armi nucleari. ◆ [OTT] Bottiglia di n.: v. ottica neutronica: IV 401 d. ◆ [FNC] Coppie di n.: v. simmetrie dinamiche in fisica nucleare: V 210 b. ◆ [FNC] Diffrazione dei n.: quella che si ha quando un fascio di n. investe un corpo e che avviene con leggi analoghe a quelle della diffrazione della luce; come nel caso ottico, dalla diffrazione dei n. si trae partito per studiare i materiali: v. neutroni, diffrazione dei. ◆ [FNC] [FAT] Diffusio-ne anelastica di n.: tecnica sperimentale che utilizza n. di bassa energia (in genere minore di 1 eV) per lo studio di materiali solidi, liquidi o gassosi; detta anche spettroscopia neutronica, è basata sulla misurazione dell'energia e della quantità di moto scambiate dai n. con i nuclei e i momenti magnetici degli atomi che costituiscono il materiale in esame, consentendo così la determinazione delle proprietà dinamiche atomiche del materiale medesimo: v. neutroni, diffusione anelastica dei. ◆ [FNC] Diffusione dei n.: la diffusione (ingl. scattering) che si ha quando un fascio di n. investe un corpo: v. neutroni, diffrazione dei: IV 159 f. ◆ [FNC] Fattore di forma di magnetismo debole del n.: v. neutrone: IV 157 d. ◆ [FNC] Interazioni deboli del n.: v. neutrone: IV 157 c. ◆ [FNC] Interazioni elettromagnetiche del n.: v. neutrone: IV 156 b. ◆ [FNC] Interazioni forti del n.: v. neutrone: IV 155 c. ◆ [FNC] Interazioni gravitazionali del n.: v. neutrone: IV 159 c. ◆ [OTT] Interferometro per n.: v. ottica neutronica: IV 401 f. ◆ [FNC] Lunghezza d'onda di n.: v. neutroni, diffusione anelastica dei: IV 167 c. ◆ [FNC] Momento di dipolo elettrico e magnetico del n.: v. neutrone: IV 156 d, e. ◆ [FNC] Momento magnetico di monopolo del n.: v. neutrone: IV 156 c. ◆ [FNC] Oscillazione n.-antineutrone: v. neutrone: IV 158 f. ◆ [FNC] Passaggio di n. nella materia: v. particelle attraverso la materia: IV 466 b. ◆ [FSD] Produzione di n.: neutroni, diffrazione dei: IV 160 b. ◆ [OTT] Rifrazione di n.: v. ottica neutronica: IV 399 b. ◆ [ASF] Stella a n.: → stella.