Nifteind

Úr Wikipediu, frjálsa alfræðiritinu
Stökkva á: flakk, leita
Nifteind
Eiginleikar
Massi 939,6 MeV/c²
Rafhleðsla 0 C
Spuni ½
Kvarkasamsetning 2 Niður, 1 Upp
Flokkun
Öreind
Oddskiptaeind
Sterkeind
Þungeind
Kjarneind
Nifteind

Nifteind er þungeind með enga rafhleðslu og massa upp á 939,6 MeV/c² (1,6749 x 10-27 kg, rétt meiri en róteind). Spuni hennar er ½ og hún flokkast því til fermíeinda.

Kjarni allra frumeinda samanstendur af róteinda og nifteindum (fyrir utan algengustu samsætu vetnis, sem að samanstendur ef einungis einni róteind). Nifteind og róteind kallast kjarneindir. Mismunurinn á massa- og sætistölu frumeindar (A-Z) gefur fjölda nifteinda í kjarnanum.

Almennir eiginleikar[breyta]

Fyrir utan kjarnann eru nifteindir óstöðugar og hafa meðallíftíma upp á 866 sekúndur (um 15 mínútur). Þær hrörna, með því að gefa frá sér rafeind og andfiseind, yfir í róteind. Nifteindir í þessu óstöðuga formi eru kallaðar frjálsar nifteindir. Þetta sama hrörnunarferli (betahrörnun) gerist einnig í sumum kjörnum. Eindir innan kjarnans sveiflast á milli nifteinda og róteinda, sem að breytast í hvor aðra við útgeislun og ísog á píeindum. Nifteind er flokkuð sem þungeind og samanstendur af tveimur niður kvörkum og einum upp kvark. Jafngildi nifteindar í andefni er andnifteind.

Sá eiginleiki nifteinda sem skilur þær frá öðrum algengum öreindum er sú staðreynd að þær hafa enga hleðslu. Þessi eiginleiki seinkaði uppgötvun þeirra, gerir þær mjög gegnsmjúgandi, gerir það ókleift að athuga þær beint, og gerir þær mjög mikilvægar sem aðili í kjarnabreytingu.

Þrátt fyrir að frumeindir í eðlilegu ástandi eru líka hleðslulausar, eru þær tíuþúsund sinnum stærri en nifteind og samanstanda af flóknu kerfi neikvætt hlaðinna rafeinda, sem að eru dreifðar utan um jákvætt hlaðinn kjarna. Hlaðnar öreindir (eins og til dæmis róteindir, rafeindir og alfaeindir) og rafsegulgeislun (eins og til dæmis gammageislar) tapa orku er þær fara í gegnum efni. Þau beita rafkröftum sem að jóna frumeindirnar sem að þau fara í gegnum. Orkan sem að er tekin af þessari jónun jafngildir orkunni sem að tapast af hlöðnu eindinni, sem að hægist, eða af gammageislanum, sem að er gleypt. Nifteindin, hins vegar, er ósnert af slíkum kröftum; einu kraftarnir sem að hafa áhrif á hana eru sterki- og veiki kjarnakrafturinn sem að koma eingöngu í spilið mjög nálægt frumeindakjarnanum. Að þeim sökum getur frjáls nifteind ferðast langar leiðir áður en að hún lendir í árekstri við frumeindakjarna. Af því að kjarnar hafa mjög lítið þversnið gerast slíkir árekstrar mjög sjaldan.

Ef að fjaðrandi árekstur kemur fyrir, gilda venjuleg lögmál yfir skriðþunga á sama hátt og þegar knattsborðskúlur skella saman. Ef að kjarninn sem að slæst í er þungur, bætir hann við sig frekar lítinn hraða. En ef nifteind slæst í róteind, sem að hefur næstum sama massa, kastast hún áfram með stóru broti af upprunalega hraða nifteindarinnar. Á hinn bóginn hægist á nifteindinni sem að því nemur. Aukaskot frá þessum árekstrum geta mælst því að þeir eru hlaðnir og mynda jónun.

Þessi óhlaðna náttúra nifteinda gerir það ekki bara erfitt að greina þær heldur einnig að stýra þeim. Hlöðnum eindum er hægt að hraða, hægja á eða stefnubreyta með rafmagni eða segulsviði, sem að hafa næstum engin áhrif á nifteindir (segulsvið hefur örlítil áhrif á frjálsa nifteind sökum segulvægi hennar). Að auki, er eingöngu hægt að fá frjálsar nifteindir í gegnum niðurbrot kjarna; það er engin náttúruleg uppspretta þeirra. Eina leiðin sem að við höfum til að stjórna frjálsum nifteindum er með því að setja frumeindakjarna í veg þeirra svo þær hægist og stefnubreytast eða eru gleyptar í árekstrinum. Þessi áhrif hafa mikilvæga hagnýtingu í kjarnorkuofnum og kjarnorkuvopnum. Föngun frjálsra nifteinda skilar sér oft í nifteindaörvun sem að orsakar geislavirkni. Geisla af frjálsum nifteindum er hægt að fá úr nifteindauppsprettum með nifteindaflutning.

Uppgötvun[breyta]

Árið 1930 komust Walther Bothe og H. Becker í Þýskalandi að því að ef orkumiklar alfaeindir úr póloni féllu á sum létt frumefni, þá sérstaklega beryllín, bór eða litín, myndaðist mjög svo innsækin geislun. Fyrst var haldið að þessi geislun væri gammageislun þrátt fyrir að vera mun innsæknari en áður þekkt gammageislun, og niðurstöðum þessarar rannsóknar var erfitt að túlka á þessum grundvelli. Næsta mikilvæga framlag kom árið 1932 af Irène Joliot-Curie og Frédéric Joliot í París. Þau sýndu fram á að þessi óþekkta geislun féll á paraffín, eða hvaða annað efnasamband sem að inniheldur vetni, skutust út róteindir með mikilli orku. Þetta var í sjálfu sér ekki ósamkvæmt ályktaðri gammageislanáttúru þessarar nýju geislun, en nákvæm hlutfallagreining niðurstaðanna gerði það mjög erfitt að samrýma þá ágiskun. Seinna á sama ári gerði eðlisfræðingurinn James Chadwick í Englandi röð tilrauna til að sýna fram á að gammageislatilgátan væri óverjandi. Hann stakk upp á að þessi nýja geislun samanstæði af óhlöðnum eindum sem að hefðu um það bil sama massa og róteindin og framkvæmdi svo aðra röð tilrauna til að sannreyna tilgátu sína. Þessar óhlöðnu eindir voru svo seinna kallaðar nifteindir.

Nýlegar rannsóknir[breyta]

Tilvist stöðugra klasa af fjórum nifteindum eða fjórneifteindum hefur verið getið til af hópi eðlisfræðinga stýrðum af Francisco-Miguel Marqués frá CNRS Rannsóknastöð í Kjarneðlisfræði. Þessi tilvist er byggð á athugunum á niðurbroti beryllín-14 kjarna. Þetta er sérstaklega áhugavert því að gildandi kenningar segja til um að þessi klasar séu óstöðugir og ættu því ekki að vera til.