นิวตรอน คืออะไร ?
นิวตรอน
นิวตรอน (English: neutron) เป็น อนุภาคย่อยของอะตอม ตัวหนึ่ง มีสัญญลักษณ์ n หรือ n0 ที่ไม่มี ประจุไฟฟ้า และมีมวลใหญ่กว่ามวลของ โปรตอน เล็กน้อย โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวมีมวลประมาณหนึ่งหน่วย มวลอะตอม โปรตอนและนิวตรอนประกอบกันขึ้นเป็น นิวเคลียส ของหนึ่งอะตอม และทั้งสองตัวนี้รวมกันเรียกว่า นิวคลีออน[1] คุณสมบัติของพวกมันถูกอธิบายอยู่ใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์
แรงนิวเคลียร์
ปัจจุบันนี้เข้าใจกันว่า แรงนิวเคลียร์เป็นปรากฏการณ์ตกค้างจากแรงที่มีกำลังมากกว่า คืออันตรกิริยาอย่างเข้ม ซึ่งเป็นแรงดูดที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก เอาไว้ด้วยกัน เพื่อก่อให้เกิดเป็นนิวคลีออน แรงซึ่งมีกำลังมากกว่านี้มีอนุภาคพาหะที่เรียกว่า กลูออน กลูออนยึดเหนี่ยวควาร์กเอาไว้ด้วยกันด้วยแรงเหมือนกับประจุไฟฟ้า แต่มีกำลังมากกว่า  นิวทริโน
นิวทริโน ถูกตั้งสมมติฐานครั้งแรกโดย โวล์ฟกัง เพาลี (Wolfgang Pauli) ในปี 1930 เพื่ออธิบาย การสลายให้อนุภาคบีตา ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน, โมเมนตัม, และโมเมนตัมเชิงมุม (สปิน) ในทางตรงกันข้ามกับ นีลส์ บอร์ ผู้เสนอเวอร์ชันทางสถิติของกฎการอนุรักษ์ที่จะอธิบายถึงปรากฏการณ์ เพาลีตั้งสมมติฐานถึงอนุภาคที่ไม่สามารถตรวจพบได้และเรียกมันว่า "นิวตรอน" ซึ่งเป็นผลิตผลจากการสลายให้อนุภาคอัลฟาและบีตา อย่างไรก็ตาม เพาลี ไม่ได้เผยแพร่สมมุติฐานและชื่อนี้ นิวทริโน
นิวทริโน () เป็นอนุภาคมูลฐาน ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีค่าสปิน (ฟิสิกส์)เท่ากับครึ่งจำนวนเต็ม นิวทริโน (ภาษาอิตาลีหมายถึง "สิ่งเป็นกลางตัวน้อย") ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยอักษรกรีกว่า formula_1 (นิว) มวลของนิวทริโนมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับอนุภาคย่อยอื่นๆ และเป็นอนุภาคเพียงชนิดเดียวที่รู้จักในขณะนี้ที่มีความเป็นไปได้ว่าจะเป็นสสารมืด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสสารมืดร้อน เลปตอน
เลปตอนเป็นชิ้นส่วนสำคัญใน แบบจำลองมาตรฐาน อิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบของอะตอม เคียงข้างกับ โปรตอน และ นิวตรอน ขณะที่ อะตอมแปลก ซึ่งมีมิวออนและเทา แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน สามารถถูกสังเคราะห์ขึ้นได้ เช่นเดียวกับอนุภาค เลปตอน-ปฏิเลปตอน เช่น โพซิโทรเนียม การแผ่รังสีจากนิวตรอน
การแผ่รังสีจากนิวตรอน () เป็น การแผ่รังสีโดยการแตกตัวเป็นไอออน ชนิดหนึ่งซึ่งประกอบด้วยกลุ่มนิวตรอนอิสระที่เป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันหรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ปฏิกิริยาดังกล่าวจะทำให้มีการปลดปล่อยนิวตรอนอิสระจากอะตอม นิวตรอนอิสระเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมอื่น ๆ เพื่อก่อตัวเป็นไอโซโทปใหม่ซึ่งอาจเป็นผลให้มีการผลิตรังสี นิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสของอะตอมจะประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอนและอนุภาตโปรตอน ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นชัดถึงอนุภาคมูลฐานอื่น ๆ ที่เรียกว่าควาร์ก ที่จะถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง ในการผสมกันของอนุภาคที่เสถียรและแน่นอนชุดหนึ่งของแฮดรอนที่เรียกว่าแบริออน แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งจะขยายออกไปจนไกลพอจากแบริออนแต่ละตัวเพื่อที่จะหลอมรวมนิวตรอนและโปรตอนเข้าด้วยกันต้านกับแรงไฟฟ้​​าที่ผลักออกระหว่างโปรตอนด้วยกันที่มีประจุบวก แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งมีระยะทำการที่สั้นมากและเป็นลดลงเป็นศูนย์อย่างรวดเร็วเพียงแค่เลยขอบของนิวเคลียส การปฏิบัติการร่วมกันของนิวเคลียสประจุบวกก็คือเพื่อที่จะยึดอิเล็กตรอนประจุไฟฟ้าลบให้อยู่ในวงโคจรของพวกมันรอบนิวเคลียส การสะสมของอิเล็กตรอนประจุลบที่โคจรรอบนิวเคลียสจะแสดงความเป็นพี่น้องกันเพื่อการกำหนดรูปแบบการทำงานบางอย่างและจำนวนของอิเล็กตรอนที่จะทำให้วงโคจรของพวกมันมีเสถียรภาพ องค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมจะแสดงออกมาแบบไหนจะถูกกำหนดโดยจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสนั้น โดยที่อะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวนของอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสเท่ากันกับจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียส องค์ประกอบทางเคมีของแต่ละอะตอมจะสามารถสร้างรูปแบบการทำงานของอิเล็กตรอนที่มีเสถียรมากยิ่งขึ้นโดยการทำงานร่วมกันเพื่อแบ่งปันอิเล็กตรอนของพวกมัน การแบ่งปันของอิเล็กตรอนเพื่อสร้างวงโคจรรอบนิวเคลียสที่เสถียรทำให้เกิดวิชาการด้านเคมีของโลกแมคโครของเรา อนุภาคมูลฐาน
โดยผ่านทางทฤษฎีควอนตัม โปรตอนและนิวตรอนถูกพบว่าประกอบด้วยควาร์กหลายตัว ได้แก่อัพควาร์กและดาวน์ควาร์ก ซึ่งในปัจจุบันถือว่าพวกนี้เป็นอนุภาคมูลฐาน และภายในโมเลกุลหนึ่ง สามองศาอิสระของอิเล็กตรอน (ประจุ, สปินและวงโคจร) สามารถแยกผ่านทาง wavefunction ออกเป็นสาม'อนุภาคคล้าย' () (Holon, spinon และ Orbiton) แต่อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ได้กำลังโคจรรอบนิวเคลียส จะขาดการเคลื่อนไหวในการโคจร และจะปรากฏในรูปที่แบ่งแยกไม่ได้ จึงยังคงถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน แรงนิวเคลียร์
หลักการของแรงนิวเคลียร์เริ่มก่อสร้างขึ้นในปี 1934 ไม่นานหลังจากการค้นพบนิวตรอนซึ่งเผยให้เห็นว่า นิวเคลียสอะตอมประกอบขึ้นด้วยโปรตอนกับนิวตรอน ที่ยึดเหนี่ยวกันและกันเอาไว้ด้วยแรงดึงดูด เวลานั้นเชื่อกันว่าแรงนิวเคลียร์ถูกส่งผ่านด้วยอนุภาคที่เรียกว่า มีซอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ทำนายเอาไว้ในทฤษฎี ก่อนจะมีการค้นพบจริงในปี ค.ศ. 1947 ต่อมาในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 จึงมีความเข้าใจกันมากขึ้นว่า มีซอนเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของควาร์กและกลูออน ที่ส่งผ่านระหว่างนิวคลีออนโดยที่ตัวมันประกอบขึ้นจากควาร์กและกลูออน แบบจำลองใหม่นี้ทำให้อันตรกิริยาอย่างเข้มเป็นตัวยึดเหนี่ยวนิวคลีออนเอาไว้ด้วยกัน แฮดรอน
ส่วนที่เป็นแฮดรอน โปรตอนมีความเสถียร และนิวตรอนที่เกี่ยวพันอยู่ภายในนิวเคลียสของอะตอมก็มีความเสถียร แฮดรอนอื่นมีความไม่เสถียรภายใต้สภาวะทั่วไป นิวตรอนอิสระจะสลายด้วยครึ่งชีวิตที่ประมาณ 611 วินาฑี จากการทดลอง ฟิสิกส์ของแฮดรอนมีการศึกษาโดยการชนโปรตอนหลายตัวหริอหลายนิวเคลียสของสารประกอบหนักเช่นตะกั่วและทำการตรวจสอบเศษซากในสเก็ดของอนุภาคที่ถูกผลิตขึ้น ฟิสิกส์นิวเคลียร์
นิวเคลียสเป็นสิ่งที่ยังไม่เป็นที่เข้าใจทางทฤษฏี เพราะมันประกอบไปด้วยอนุภาคจำนวนมาก (เช่น โปรตอน และนิวตรอน) แต่ไม่มีขนาดใหญ่พอที่จะอธิบายลักษณะได้ถูกต้องเหมือนอย่างผลึก จึงมีการใช้แบบจำลองของนิวเคลียสซึ่งใช้ศึกษาพฤติกรรมทางนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ได้ โดยอาจใช้เป็นวิธีการเดียวหรือร่วมกับวิธีการอื่น ๆ การหักเหนิวตรอน
การหักเหนิวตรอน () หรือ กระเจิงนิวตรอนแบบยืดหยุ่น () เป็นการประยุกต์ใช้การกระเจิงนิวตรอนในการกำหนดโครงสร้างของอะตอมและ/หรือโครงสร้างทางแม่เหล็กของวัสดุ ตัวอย่างที่จะทำการตรวจสอบจะถูกวางอยู่ในลำแสงของนิวตรอนความร้อนหรือนิวตรอนเย็นเพื่อสร้างรูปแบบการหักเหที่จะบอกข้อมูลของโครงสร้างของวัสดุนั้น เทคนิคนี้จะคล้ายกับการหักเหของรังสีเอกซ์แต่เนื่องจากคุณสมบัติการกระเจิงที่แตกต่างกันของพวกมัน นิวตรอนและรังสีเอกซ์จึงให้ข้อมูลที่เสริมกัน อนุภาคย่อยของอะตอม
อนุภาคย่อยของอะตอมแบบผสม (เช่นโปรตอนหรือนิวเคลียสของอะตอม) เป็นสภาวะยึดเหนี่ยวของอนุภาคมูลฐานสองตัวหรือมากกว่า ตัวอย่างเช่น โปรตอนถูกทำขึ้นจากอัพควาร์กสองตัวและดาวน์ควาร์กหนึ่งตัว ในขณะที่นิวเคลีนสของอะตอมของฮีเลียม-4 ประกอบด้วยสองโปรตอนและสองนิวตรอน นิวตรอนถูกทำขึ้นจากดาวน์ควาร์กสองตัวและอัพควาร์กหนึ่งตัว อนุภาคผสมจะรวมถึงแฮดรอนทั้งหมด ซึ่งแฮดรอนเหล่านี้ได้แก่แบริออน (เช่นโปรตอนและนิวตรอน) และมีซอน (เช่น ไพออนและคาออน) นิวตรอน
ในปี ค.ศ. 1931 รัทเธอร์ฟอร์ดพบว่า ถ้าอนุภาคแอลฟาพลังงานสูงมากถูกปล่อยจากพอโลเนียม แล้วกระทบกับวัตถุบาง ๆ เช่น เบริลเลียม โบรอน หรือลิเทียม จะเกิดรังสีชนิดหนึ่งที่มีอำนาจทะลุทะลวงผิดปกติขึ้น เป็นรังสีที่มีอานุภาพมากกว่ารังสีแกมมา แต่ผลการทดลองไม่สามารถอธิบายได้โดยง่าย ในปีต่อมา เฟรเดอริกและอีเรน โจเลียต-คูรี พบว่า ถ้ารังสีชนิดดังกล่าวตกลงบนพาราฟินหรือสารเนื้อผสมใด ๆ ที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบ สารนั้นจะปลดปล่อยโปรตอนหลายตัวด้วยพลังงานสูง ซึ่งขัดแย้งกับสมบัติของรังสีแกมมาตามธรรมชาติ แต่ผลการวิเคราะห์ข้อมูลยังไม่เป็นที่ยอมรับ เนปทูเนียม
เนปทูเนียม ()เป็นธาตุกลุ่มแอคติไนต์ธาตุที่มีหมายเลขอะตอม 93 สัญลักษณ์ Np เป็นธาตุโลหะหนัก กัมมันตภาพรังสี อยู่ในกลุ่มแอกทิไนด์ (actinide group) และเป็นธาตุทรานซูแรนิค (transuranic element) เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่ไม่ปรากฏในธรรมชาติที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้น ซึ่งชนิดแรกที่ได้จากการสังเคราะห์เป็นผลพลอยได้จากเตาปฏิกรปรมณูและการผลิตพลูโทเนียมไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ Np-237 ในธรรมชาติพบปริมาณเล็กน้อยในสินแร่ยูเรเนียมธาตุเนปทูเนียมมีสมบัติเป็นโลหะหนักเป็นของแข็งสีเงินเป็นมันวาว มีความบริสุทธิ์สูงมีประโยชน์อย่างมากในการนำมาใช้ผลิตธาตุที่เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานนิวเคลียร์ สามารถใช้ทำระเบิดนิวเคลียร์ได้
เนปทูเนียม(Np)เป็นธาตุหลังยูเรเนียม(U) ธาตุแรกที่ได้รับการค้นพบและไอโซโตปแรกของธาตุที่ได้รับการค้นพบ คือ 239 Np เกิดขึ้นจากการทดลองโดยนใช้ไซโคลตรอน (cyclotron) โดย E.M. McMillan และ P.H. Abelson ณ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแคลิฟอร์เนียที่ Berkeley (The University of California at Berkeley) ในปี ค.ศ. 1940 เลขนิวตรอน
เลขนิวตรอน () ใช้สัญลักษณ์ N คือจำนวนของนิวตรอนที่อยู่ในนิวไคลด์หนึ่งๆ  นิวตรอน
ภายในนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนจะยึดเหนี่ยวอยู่ด้วยกันด้วย แรงนิวเคลียร์ และนิวตรอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความมั่นคงของนิวเคลียส นิวตรอนถูกผลิตขึ้นแบบทำสำเนาในปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชั่น และ นิวเคลียร์ฟิชชัน พวกมันเป็นผู้สนับสนุนหลักใน การสังเคราะห์นิวเคลียส ขององค์ประกอบทางเคมีภายในดวงดาวผ่านกระบวนการฟิวชัน, ฟิชชั่นและ การจับยึดนิวตรอน การเลือกตัวกระตุ้นของนิวรอน
การเลือกตัวกระตุ้นของนิวรอน (English: neuronal tuning) หมายถึงการที่นิวรอน (คือเซลล์ประสาท) ในสมองเลือกที่จะเป็นตัวแทน[1]ของข้อมูลทางประสาทสัมผัส (sensory) ข้อมูลทางการเคลื่อนไหว (motor) หรือข้อมูลในการรับรู้ (cognition) เซลล์ประสาทจะค่อย ๆ ปรับการเลือกตัวกระตุ้นจนเหมาะสมที่สุดโดยอาศัยประสบการณ์ [2] การเลือกตัวกระตุ้นนั้นอาจจะมีกำลังและเฉพาะที่ ดังที่ปรากฏในคอร์เทกซ์สายตาปฐมภูมิ (primary visual cortex) หรืออาจจะอ่อนกำลังแต่กระจายไป ดังที่ปรากฏในกลุ่มนิวรอนต่าง ๆ นิวรอนหนึ่ง ๆ อาจจะเลือกตัวกระตุ้นหลาย ๆ อย่างพร้อม ๆ กันเช่นข้อมูลทางตา ข้อมูลทางหู และข้อมูลทางจมูก ซึ่งมักจะเป็นนิวรอนที่ประสานสัมพันธ์ข้อมูลที่มาจากหลายแหล่ง การประสานสัมพันธ์ข้อมูล (integration) นั่นแหละเป็นการงานหลักของเครือข่ายเซลล์ประสาท ตัวอย่างดีที่สุดของการเลือกตัวกระตุ้นของนิวรอนสามารถเห็นได้ในระบบประสาทเกี่ยวกับการเห็น การได้ยิน การได้กลิ่น การรับรู้ความรู้สึกทางกายประเภทอื่น ๆ (somatosensory) และความทรงจำ การกระตุ้นนิวตรอน
การกระตุ้นนิวตรอนเป็นวิธีที่พบบ่อยเท่านั้นที่สามารถเหนี่ยวนำวัสดุที่มีความเสถียรให้กลายเป็นสารกัมมันตรังสีโดยเนื้อแท้ของมันเอง วัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติทั้งหมด รวมทั้งอากาศ น้ำและดินสามารถถูกเหนี่ยวนำ (กระตุ้น) โดย การจับยึดนิวตรอน ให้เปล่งกัมมันตภาพรังสีในปริมาณที่แตกต่างกัน โดยเป็นผลมาจากการผลิตไอโซโทปรังสีที่อุดมไปด้วยนิวตรอน บางอะตอมต้องใช้นิวตรอนมากกว่าหนึ่งตัวเพื่อให้มันกลายเป็นไม่เสถียร ซึ่งทำให้พวกมันยากขึ้นที่จะกระตุ้นเพราะความน่าจะเป็นของการจับยึดสองเท่าหรือสามเท่าโดยหนึ่งนิวเคลียสจะยากกว่าของการจับยึดเพียงครั้งเดียว ยกต้วอย่างเช่นน้ำ มันถูกสร้างขึ้นจากไฮโดรเจนและออกซิเจน ไฮโดรเจนต้องมีการจับยึดสองครั้งเพื่อให้บรรลุความไม่เสถียรเป็นไฮโดรเจน-3 (ทริเทียม) ในขณะที่ออกซิเจนธรรมชาติ (ออกซิเจน-16) ต้องจับยึดสามครั้งเพื่อให้กลายเป็นออกซิเจน-19 ที่ไม่เสถียร ดังนั้นน้ำค่อนข้างยากที่จะกระตุ้นเมื่อเทียบกับเกลือทะเล (โซเดียมคลอไรด์) ซึ่งอะตอมของทั้งโซเดียมและคลอรีนจะไม่เสถียรด้วยการจับยึดเพียงครั้งเดียวในแต่ละอะตอม ข้อเท็จจริงเหล่านี้ได้ตระหนักถึงตั้งแต่แรกที่ชุดทดสอบอะตอมใน Operation Crossroads ในปี 1946 ควาร์ก
ควาร์ก ( อ่านว่า หรือ ) คืออนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสาร ควาร์กมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อรวมตัวกันจะเป็นอีกอนุภาคหนึ่งที่เรียกว่าแฮดรอน () ส่วนที่เสถียรที่สุดของแฮดรอนสองลำดับแรกคือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Color Confinement ควาร์กจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงหรือพบตามลำพังได้ มันสามารถพบได้ภายในแฮดรอนเท่านั้น เช่น แบริออน (ซึ่งโปรตอนและนิวตรอนเป็นตัวอย่าง) และภายใน มีซอน (มี'ซอน หรือเมซ'ซัน เป็นอนุภาคที่มีมวลระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตรอน มีประจุเป็นกลาง หรือเป็นบวกหรือลบ มีค่าสปิน) ด้วยเหตุผลนี้ สิ่งที่เรารู้จำนวนมากเกี่ยวกับควาร์กจึงได้มาจากการสังเกตที่ตัวแฮดรอนเอง อาร์กอน
อาร์กอนเหลวที่ใช้เป็นเป้าหมายสำหรับการทดลองนิวตริโนและการค้นหาสสารมืดโดยตรง การทำงานร่วมกันของอนุภาคสามัญสมมุติกับนิวเคลียสอาร์กอนผลิตแสงประกายที่ตรวจพบโดยหลอดขยายอิเล็กตรอน เครื่องตรวจจับสองเฟสยังใช้ก๊าซอาร์กอนในการตรวจสอบอิเล็กตรอนแตกตัวเป็นไอออน ที่ผลิตในช่วงกระเจิงสามัญ-นิวเคลียส เช่นเดียวกับของเหลว ก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ ส่วนใหญ่อาร์กอนมีประกายแสงผลผลิตสูง (~ 51 โฟตอน / เคฟ [27])) มีความโปร่งใสมีประกายแสงของตัวเองและมีความสะดวกในการทำความสะอาด เมื่อเทียบกับซีนอน อาร์กอนมีราคาถูกและมีรายละเอียดที่แตกต่างกันเวลาประกายแสง ซึ่งจะช่วยให้การแยกของอิเล็กตรอนหันกลับจากนิวเคลียร์หันกลับมา ในทางตรงกันข้าม ,พื้นหลังของเบต้า-เรย์ที่แท้จริงจะมีขนาดใหญ่เนื่องจาก 39 Ar ปนเปื้อน ถ้าใช้แหล่งที่มาของอาร์กอนใต้ดินซึ่งมีน้อยมาก 39Ar การปนเปื้อน ส่วนใหญ่ของอาร์กอนในชั้นบรรยากาศของโลกที่ถูกผลิตโดยการจับภาพอิเล็กตรอนระยะยาว 40 K (40K + e-→ 40Ar + ν) โพแทสเซียมที่มีอยู่ในธรรมชาติภายในแผ่นดิน 39Ar กิจกรรม ในชั้นบรรยากาศปรับปรุงโดยผลิตรังสีคอสมิกผ่าน 40Ar (n, 2n) 39Arและปฏิกิริยาที่ คล้ายกัน ฮาล์ฟไลฟ์ 39Ar เพียง 269 ปีที่ผ่านมา ส่งผลให้ชั้นใต้ดินมีการบังหินและน้ำที่มี 39Ar น้อยกว่า การปนเปื้อนเครื่องตรวจจับสสารมืดปัจจุบันการดำเนินงานกับอาร์กอนเหลวรวมถึงด้านมืดบิด อายุกลไกการย่อยสลาย ที่ทำความสะอาดขนาดเล็กและแบบลึกในตัว รวมถึงการทดลองนิวตริโน อิคารัสและ ไมโคร โบนน์ ซึ่งทั้งสองใช้อาร์กอนเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูงในห้องฉายเวลาสำหรับการปรับความละเอียดในการถ่ายภาพสามมิติของการสื่อสารนาโนเทคโนโลยี นิวตัน (หน่วย)
formula_1 เนบิวลา
ซากที่เหลืออยู่ของแกนกลางจะประกอบไปด้วยนิวตรอนทั้งดวง เรียกว่า ดาวนิวตรอน ซึ่งมีความหนาแน่นสูงมาก ดาวนิวตรอนทั่วไปมีขนาดราว 10-20 กิโลเมตร แต่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ทั้งดวง เนื้อสารของดาวนิวตรอน 1 ช้อนชา มีมวลถึง 120 ล้านตัน แกนกลางนี้เข้าสู่สมดุลใหม่ จากแรงดันดีเจนเนอเรซีของนิวตรอน 
แต่ในบางกรณีที่ดาวฤกษ์มีมวลสูงมาก คือมากกว่า 18 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ เศษซากจากซูเปอร์โนวาจะตกกลับลงไปบนดาวนิวตรอน จนดาวนิวตรอนมีมวลเกินกว่า 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเกินขีดจำกัดของดาวนิวตรอน ทำให้ดาวนิวตรอนยุบตัวลงกลายเป็น หลุมดำ เลขอะตอม
เลขอะตอม (atomic number) หมายถึงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้นๆ หรือหมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบนิวเคลียสของอะตอมที่เป็นกลาง เช่น ไฮโดรเจน (H) มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน
ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน () หรือ พลังงานนิวตรอน () จะแสดง พลังงานจลน์ ของ นิวตรอนอิสระ มีหน่วยเป็น อิเล็กตรอนโวลท์ คำว่า "อุณหภูมิ" ถูกใช้เพราะนิวตรอนร้อน(), นิวตรอนความร้อน () และนิวตรอนเย็น () ถูก หน่วง ในตัวกลางหนึ่งที่มีอุณหภูมิระดับหนึ่ง จากนั้นการกระจายพลังงานของนิวตรอนจะถูกปรับให้เป็นไปตาม การกระจายตัวแบบแมกซ์เวลล์-โบลส์แมนน์ หรือ Maxwellian distribution ที่เรียกว่าการเคลื่อนที่เชิงความร้อน () ในเชิงปริมาณ อุณหภูมิยิ่งสูง พลังงานจลน์ของนิวตรอนอิสระก็ยิ่งมาก พลังงานจลน์, ความเร็ว และ ความยาวคลื่นของนิวตรอน มีความสัมพันธ์ที่เป็นไปตาม ความสัมพันธ์ของเดอเบรย ()  อนุภาคมูลฐาน
กลูออนเป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมโยงหลายควาร์กเข้าด้วยกันกลายเป็นแฮดรอน, ซึ่งเป็นแบริออน (สามควาร์ก) หรือมีซอน (หนึ่งควาร์กและหนึ่งปฏิควาร์ก) อย่างใดอย่างหนึ่ง โปรตอนและนิวตรอนเป็นแบริออน เมื่อเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยกลูออนกลายเป็นนิวเคลียส เช่นเดียวกับควาร์ก กลูออนแสดง(ประจุ)สีและปฏิสีที่ไม่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของสีที่มองเห็น บางครั้งในการผสมกัน ทั้งหมดมีแปดรูปแบบของกลูออนที่แตกต่างกัน อะตอม
ปริมาณพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ (ทั้งแบบเพิ่มเข้าไปหรือปลดปล่อยออกมา) ในการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนนี้น้อยกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนมาก เช่น จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียง 13.6 eV เพื่อให้อิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจนเปลี่ยนระดับลงไปยังสถานะพื้น[61] เทียบกับพลังงาน 2.23 ล้าน eV ในการแยกนิวเคลียสของดิวเทอเรียม[62] อะตอมมีประจุเป็นกลางถ้ามันมีจำนวนโปรตอนกับอิเล็กตรอนเท่ากัน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าปกติเรียกว่า ไอออน อิเล็กตรอนที่อยู่ไกลจากนิวเคลียสมากอาจถ่ายโอนไปยังอะตอมข้างเคียง หรืออยู่ร่วมระหว่างสองอะตอมก็ได้ ด้วยกลไกนี้ อะตอมจึงสามารถเกิดพันธะเคมีกลายเป็นโมเลกุลและสารประกอบเคมีอื่น ๆ เช่น การเกิดผลึกแบบไอโอนิกคริสตัลหรือโคเวเลนต์[63] เลขมวล
เลขมวล (mass number, A), หรือ เลขมวลอะตอม หรือ เลขนิวคลีออน เป็นผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน (โปรตอนและนิวตรอมเรียกรวมกันว่านิวคลีออน) ในนิวเคลียสอะตอม เพราะโปรตอนและนิวตรอนต่างก็เป็นแบริออน เลขมวล A ก็คือเลขแบริออน B ของนิวเคลียสของอะตอมหรือไอออน เลขมวลจะต่างกันถ้าเป็นไอโซโทปที่ต่างกันของธาตุเคมี เลขมวลไม่เหมือนกับเลขอะตอม (Z) ที่แสดงถึงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและสามารถใช้ระบุบธาตุได้ ดังนั้นค่าที่ต่างกันระหว่างเลขมวลและเลขอะตอมจะบ่งบอกถึงจำนวนนิวตรอน ("N") ในนิวเคลียส: "N=A−Z" ดาวนิวตรอน
ในปี ค.ศ. 1934 หลังเซอร์ เจมส์ แชดวิกได้พบนิวตรอนเป็นองค์ประกอบในนิวเคลียสของอะตอมเป็นเวลาปีเศษ วอลเตอร์ บาด์ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน และฟริทซ์ สวิกกี้ นักดาราศาสตร์ชาวสวิตเซอร์แลนด์ได้ทำนายการมีอยู่ของดาวนิวตรอน ซึ่งเชื่อว่าอยู่ในภายในซูเปอร์โนวา  นิวตรอน
จากบทความที่เขียนขึ้นในปี ค.ศ. 2007 ที่แสดงผลการวิเคราะห์แบบจำลองอิสระได้สรุปว่า นิวตรอนมีโครงสร้าง 3 ชั้น ชั้นนอกและแก่นมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนชั้นที่อยู่ระหว่างกลางเป็นประจุบวก [11] ลักษณะนี้สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดนิวตรอนจึงเกาะกลุ่มอยู่กับโปรตอน เนื่องจากชั้นนอกของนิวตรอนจะดึงดูดโปรตอนซึ่งเป็นบวกทางไฟฟ้านั่นเอง ไฟฟ้าสถิต
ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่ โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส นิวตรอน
p+ + e- → n0 + Ve อะตอม
โปรตอนและอิเล็กตรอนที่เสถียรเกิดขึ้นหลังจากเกิดบิกแบงเพียงหนึ่งวินาที ระหว่างช่วงสามนาทีต่อมา บิกแบงนิวคลีโอซินทีสิสได้สร้างสสารส่วนใหญ่ของฮีเลียม ลิเทียม และดิวเทอเรียมขึ้นในเอกภพ และบางทีอาจรวมถึงเบอริลเลียมและโบรอนด้วย[118][119][120] อะตอมชุดแรก ๆ (ที่อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบอย่างสมบูรณ์) ในทางทฤษฎีแล้วเชื่อว่าเกิดขึ้น 380,000 ปีหลังจากบิกแบง —คือยุคที่เรียกว่า recombination เมื่อเอกภพที่กำลังขยายตัวออกนั้นเย็นลงเพียงพอที่ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเกาะติดกับนิวเคลียสได้[121] นับแต่นั้น นิวเคลียสอะตอมก็เริ่มรวมตัวเข้าในดาวฤกษ์ผ่านกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นและสร้างธาตุต่าง ๆ ขึ้นไปจนถึงเหล็ก[122] อันตรกิริยาอย่างเข้ม
ก่อนทศวรรษที่ 1970 นักฟิสิกส์มีความไม่แน่ใจเกี่ยวกับกลไกการยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอม เป็นที่รู้กันว่านิวเคลียสประกอบด้วยกลุ่มโปรตอนและกลุ่มนิวตรอนและรู้อีกด้วยว่าโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกในขณะที่มีนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้​​า อย่างไรก็ตามข้อเท็จจริงเหล่านี้ดูเหมือนจะขัดแย้งซึ่งกันและกัน โดยการทำความเข้าใจทางฟิสิกส์ในเวลานั้นประจุบวกจะผลักกันเองและนิวเคลียสจึงควรจะขาดเป็นเสี่ยง ๆ แต่สิ่งนี้ก็ยังไม่เคยพบเห็น ฟิสิกส์ใหม่จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้ ฟิสิกส์ของอนุภาค
การวิจัยด้านฟิสิกส์ของอนุภาคที่ทันสมัยจะมุ่งเน้นไปที่อนุภาคของอะตอมย่อย () รวมทั้งองค์ประกอบที่สร้างขึ้นเป็นอะตอมเช่นอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน (โปรตอนและนิวตรอนเป็นอนุภาคผสมที่เรียกว่าแบริออน ทำจากหลายควาร์ก) ที่ผลิตโดยกระบวนการกัมมันตรังสีและการกระจัดกระจาย เช่นโฟตอน นิวตริโน และมิวออน เช่นเดียวกับอีกหลากหลายของอนุภาคที่แปลกใหม่ ไดนามิกส์ของอนุภาคทั้งหลายยังถูกควบคุมโดยกลศาสตร์ควอนตัมอีกด้วย; โดยพวกมันจะแสดงออกเป็นสองภาคของคลื่นและของอนุภาค () นั่นคือมันจะแสดงพฤติกรรมเหมือนกับเป็นอนุภาคภายใต้สภาวะการทดลองบางอย่างและพฤติกรรมเหมือนกับเป็นคลื่นในสภาวะอื่น ๆ ในความหมายทางเทคนิคมากขึ้น พวกมันจะถูกอธิบายโดยเวกเตอร์ของสภาวะควอนตัมใน Hilbert space, ซึ่งถูกปฏิบัติในทฤษฎีสนามควอนตัมเช่นกัน หลังจากการประชุมของนักฟิสิกส์ด้านอนุภาค คำว่าอนุภาคมูลฐานถูกนำไปใช้กับอนุภาคเหล่านั้นที่ถูก(ตามที่เข้าใจในปัจจุบัน)สันนิษฐานว่าเป็นพวกที่แบ่งแยกไม่ได้และไม่ประกอบด้วยอนุภาคอื่น ๆ นิวเคลียสของอะตอม
นิวตรอนมีประจุบวก มีรัศมี ≈ 0.3 เฟมโตเมตรล้อมรอบด้วยประจุลบชดเชยด้วยรัศมีระหว่าง 0.3 เฟมโตเมตรถึง 2 เฟมโตเมตร โปรตอนมีการกระจายประจุบวกที่สลายตัวแบบเอ็กโปเนนเชียลด้วยรัศมีกำลังสองเฉลี่ย () ประมาณ 0.8 เฟมโตเมตร นิกโทเจน
ธาตุหมู่ไนโตรเจน หรือ นิโคเจน หรือ นิกโทเจน () คืออนุกรมเคมีของธาตุเคมีในหมู่ 15 ของตารางธาตุ ที่มีจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นนอกสุดของอะตอมเท่ากับ 5 โดยอิเล็กตรอน 2 ตัวอยู่ในวงโคจรย่อยเอส (s subshell) อีก 3 ตัวอยู่ในวงโคจรย่อยพี (p subshell) ดังนั้นธาตุเหล่านี้จึงมีอิเล็กตรอน 3 ตัวอยู่ในวงโคจรนอกสุด และ 3 ตัว ในภาวะที่อะตอมไม่อยู่ในระดับไอโอไนส์ (non-ionized state) สารประกอบของธาตุเหล่านี้ เรียกว่า นิกไทด์ (pnictides) วัสดุฟิสไซล์
มากกว่าปกติ, นิวไคลด์ที่มีจำนวนโปรตอนเป็นเลขคู่และจำนวนนิวตรอนเป็นเลขคู่, และอยู่ใกล้กับเส้นโค้งที่รู้จักกันดีในฟิสิกส์นิวเคลียร์ของเลขอะตอมเทียบกับจำนวนมวลอะตอมจะมีเสถียรภาพมากกว่าตัวอื่นๆ; ด้วยเหตุนี้, พวกมันมีโอกาสน้อยที่จะทำการฟิชชั่น. พวกมันมีแนวโน้มที่จะ "เพิกเฉย" นิวตรอนและปล่อยให้มันไปในทางของมัน, หรือถ้าไม่, พวกมันจะดูดซับนิวตรอนแต่โดยไม่ได้รับพลังงานที่เพียงพอจากกระบวนการที่จะเปลี่ยนรูปนิวเคลียสพอสำหรับมันในการฟิชชั่น. ไอโซโทปที่เป็น "เลขคู่-เลขคู่" เหล่านี้ยังมีโอกาสน้อยที่จะทำการ ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง () และพวกมันยังมีครึ่งชีวิตบางส่วน () ค่อนข้างยาวมากสำหรับการสลายตัวของอัลฟาหรือเบต้า. ตัวอย่างของไอโซโทปเหล่านี้คือยูเรเนียม-238 และ ทอเรียม-232. ในทางตรงกันข้าม, นิวเคลียสที่มีจำนวนโปรตอนเป็นเลขคี่และจำนวนนิวตรอนเป็นเลขคี่ ("Z"คี่, "N"คี่) มักจะอายุสั้น (ยกเว้นที่น่าสังเกตคือ เนปทูเนียม-236 ที่มีครึ่งชีวิต 154,000 ปี) เพราะพวกมัน'สลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคเบต้า'ได้อย่างง่ายดายกลายเป็น isobars ที่มีจำนวนโปรตอนเป็นเลขคู่และจำนวนนิวตรอนเป็นเลขคู่ ("Z"คู่, "N"คู่), กลายเป็นเสถียรมากขึ้น. พื้นฐานทางกายภาพสำหรับปรากฏการณ์นี้ยังมาจาก'ผลการจับคู่'ในพลังงานผูกพันนิวเคลียร์, แต่คราวนี้จากการจับคู่ทั้งโปรตอน-โปรตอนและนิวตรอน-นิวตรอน. ครึ่งชีวิตที่ค่อนข้างสั้นของไอโซโทปหนักแบบคี่-คี่เช่นนั้นหมายความว่าพวกมันจะมีปริมาณไม่พร้อมให้ใช้ได้ในและพวกมันมีกัมมันตภาพรังสีสูง นิวตรอน
เมื่ออยู่ในภาวะที่ความดันและอุณหภูมิสูง อนุภาคนิวคลีออน (โปรตอน+นิวตรอน) และกลูออน จะหลอมรวมเป็นอะตอมของธาตุนิวโตรเนียม (Nt) ธาตุที่เบากว่าไฮโดรเจนซึ่งยังไม่ถูกค้นพบ แต่เชื่อว่าอยู่ภายในดาวนิวตรอน ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิวตรอน และอยู่ในภาวะที่ความดันสูงและร้อนจัดเหมาะที่จะเกิดการหลอมตัวดังกล่าวได้ นิวตรอน
นิวตรอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ ในทศวรรษหลังจากที่นิวตรอนที่ถูกค้นพบในปี 1932[4] นิวตรอนถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดการกลายพันธ์ของนิวเคลียส (English: nuclear transmutation) ในหลายประเภท ด้วยการค้นพบของ นิวเคลียร์ฟิชชัน ในปี 1938[5] ทุกคนก็ตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่า ถ้าการฟิชชันสามารถผลิตนิวตรอนขึ้นมาได้ นิวตรอนแต่ละตัวเหล่านี้อาจก่อให้เกิดฟิชชันต่อไปได้อีกในกระบวนการต่อเนื่องที่เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์[6] เหตุการณ์และการค้นพบเหล่านี้นำไปสู่​​เครื่องปฏิกรณ์ที่ยั่งยืนด้วยตนเองเป็นครั้งแรก (Chicago Pile-1, 1942) และอาวุธนิวเคลียร์ครั้งแรก (ทรินิตี้ 1945) พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์แบบฟิซชั่น (Fission) ซึ่งเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม พลูโทเนียม เมื่อถูกชนด้วยนิวตรอนหรือโฟตอน พลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชั่น (Fusion) เกิดจากการรวมตัวของนิวเคลียสธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน พลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (English: Nuclear Decay) ซึ่งให้รังสีต่างๆ ออกมา เช่น อัลฟา เบตา แกมมา และนิวตรอน เป็นต้น พลังงานนิวเคลียร์ที่เกิดจากการเร่งอนุภาคที่มีประจุโดยเครื่องเร่งอนุภาค เช่น อิเล็กตรอน โปร ตอน ดิวทีรอน และอัลฟา เป็นต้น นิวตรอน
Knoll, G. F. (2000) Radiation Detection and Measurement Krane, K. S. (1998) Introductory Nuclear Physics Squires, G. L. (1997) Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering Dewey, M. S., Gilliam, D. M., Nico, J. S., Snow, M. S., Wietfeldt, F. E. NIST Neutron Lifetime Experiment เส้นสเปกตรัม
เมื่อปี ค.ศ.1910 เออร์เนส รัทเธอร์ฟอร์ด นักเคมีฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ นำเสนอแบบจำลองโครงสร้างอะตอมว่าประกอบด้วย นิวเคลียสขนาดเล็กที่มีโปรตอนอยู่ตรงกลางของอะตอม โดยโปรตอนเป็นประจุบวก และมีอิเล็กตรอนซึ่งเป็นประจุลบมีมวลน้อยโคจรอยู่รอบนิวเคลียสเป็นชั้น ๆ ในอะตอม ต่อมาที่เจมส์ แชวิก นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ค้นพบนิวตรอน ซึ่งมีค่าเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่มีเพียงธาตุไฮโดรเจนที่ไม่มีนิวตรอน แบริออน
เนื่องจากแบริออนประกอบด้วยควาร์ก มันจึงประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม ในขณะที่พวกเลปตอน ซึ่งไม่มีส่วนประกอบของควาร์ก ไม่ต้องประสพ พวกแบริออนที่คุ้นเคยมากที่สุดคือ โปรตอน และ นิวตรอน ซึ่งประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ของสสารที่มองเห็นได้ในจักรวาล ขณะที่อิเล็กตรอน (ส่วนประกอบหลักอีกอย่างหนึ่งของอะตอม) เป็นเลปตอน  การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน
การบำบัดด้วยจับยึดนิวตรอนจากธาตุโบรอน (English: Boron neutron capture therapy (BNCT)) จะมีพื้นฐานมาจากการจับยึดจากนิวเคลียสและปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันที่เกิดขึ้นเมื่อโบรอน 10ที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี(ที่เกิดขึ้นจากประมาณ 20% ของธาตุโบรอนธรรมชาติ) ถูกทำให้มีการฉายรังสีที่มีนิวตรอนพลังงานที่เหมาะสมเพื่อให้ได้โบรอน-11 (11B*)ที่ตื่นตัว จากนั้นมันจะสลายตัวไปเป็นอนุภาคแอลฟาพลังงานสูง (นิวเคลียสของ 4He ที่"ถูกเปลื้องผ้าออก" ) และนิวเคลียสของ ลิเธียม-7 (7Li) พลังงานสูง ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะเป็นดังนี้: นิวตรอน
นิวตรอนอิสระหรือนิวตรอนอิสระใด ๆ ของนิวเคลียสเป็นรูปแบบหนึ่งของ การแผ่รังสีจากการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นมันจึงเป็นอันตรายต่อชีวภาพโดยขึ้นอยู่กับปริมาณที่รับ[7] สนาม "พื้นหลังนิวตรอน" ขนาดเล็กในธรรมชาติของนิวตรอนอิสระจะมีอยู่บนโลก ซึ่งเกิดจากมิวออนรังสีคอสมิก และจากกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติขององค์ประกอบที่ทำฟิชชันได้ตามธรรมชาติในเปลือกโลก[8] แหล่งที่ผลิตนิวตรอนโดยเฉพาะเช่นเครื่องกำเนิดนิวตรอน, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อการวิจัยและแหล่งผลิตนิวตรอนแบบสปอลเลชัน (English: Spallation Source) ที่ผลิตนิวตรอนอิสระสำหรับการใช้งานในการฉายรังสีและในการทดลองการกระเจิงนิวตรอน ดิวเทอเรียม
ดิวเทอเรียม () สัญญลักษณ์ H ถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าไฮโดรเจนหนัก เป็นหนึ่งในสองของไอโซโทปของไฮโดรเจนที่เสถียร โดยที่นิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอน 1 ตัวและนิวตรอน 1 ตัว ในขณะที่ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่รู้จักกันทั่วไปมากกว่าที่เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า โปรเทียม () มีเพียงโปรตอนเดียวเท่านั้น ไม่มีนิวตรอน ดิวเทอเรียมมี'ความอุดมในธรรมชาติ' โดยพบในมหาสมุทรทั่วไปประมาณหนึ่งอะตอมใน 6420 อะตอมของไฮโดรเจน ทำให้ดิวเทอเรียมมีสัดส่วนที่ประมาณ 0.0156% (หรือ 0.0312% ถ้าคิดตามมวล) ของไฮโดรเจนที่เกิดในธรรมชาติทั้งหมดในมหาสมุทร ในขณะที่โปรเทียมมีสัดส่วนมากกว่า 99.98% ความอุดมของดิวเทอเรียมเปลี่ยนแปงเล็กน้อยตามชนิดของน้ำตามธรรมชาติ (ดู ค่าเฉลี่ยของน้ำในมหาสมุทรตามมาตรฐานเวียนนา) นิวเคลียสของดิวเทอเรียมเรียกว่าดิวเทอรอน นิวตรอน
การพัฒนา "เลนส์นิวตรอน" ที่อยู่บนพื้นฐานของการสะท้อนภายในรวมในหลอดแก้วเส้นเลือดฝอยกลวงหรือจากการสะท้อนจากแผ่นอะลูมิเนียมบุ๋มได้ขับเคลื่อนการวิจัยอย่างต่อเนื่องสู่กล้องจุลทรรศน์นิวตรอนและการถ่ายภาพด้วยรังสีนิวตรอน/รังสีแกมมา[12][13][14] ตัวหน่วงนิวตรอน
formula_2 ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยาทั้งหลายที่เกิดกับนิวตรอนต่างๆมีความสำคัญในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ ในขณะที่ปฏิกิริยานิวตรอนที่รู้จักกันดีคือการกระเจิงของนิวตรอน (), การจับยึดนิวตรอนและนิวเคลียร์ฟิชชั่น สำหรับบางนิวเคลียสเบา (โดยเฉพาะ'นิวเคลียสแปลกแปลก') ปฏิกิริยากับนิวตรอนความร้อนส่วนใหญ่จะเป็นปฏิกิริยาแบบถ่ายโอน ดังนี้: นิวทริโน
นิวทริโนเป็นเลปตอน กลุ่มเดียวกับอิเล็กตรอน มิวออน และเทา (อนุภาค) แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า แบ่งเป็น 3 ชนิด (หรือ flavour) ได้แก่ อิเล็กตรอนนิวทริโน (V) มิวออนนิวทริโน (V) และเทานิวทริโน (V) แต่ละเฟลเวอร์มีคู่ปฏิปักษ์ (ปฏิยานุภาค) ของมันเรียกว่า "ปฏินิวทริโน" ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าและมีสปินเป็นครึ่งเช่นกัน นิวทริโนถูกสร้างขึ้นในวิธีที่อนุรักษ์ เลขเลปตอน นั่นคือ เมื่อมี อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกสร้างขึ้น หนึ่งตัว จะมี โพซิตรอน (ปฏิอิเล็กตรอน) หนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นด้วย และเมื่อมี อิเล็กตรอนปฏินิวทริโนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้น ก็จะมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นเช่นกัน ตัวหน่วงนิวตรอน
การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา "การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง" formula_3 ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม formula_4 ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย: การแผ่รังสีจากนิวตรอน
นิวตรอนอาจถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียร์ฟิวชันหรือนิวเคลียร์ฟิชชัน หรือจาก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่แตกต่างกันใด ๆ เช่นจาก การสลายให้กัมมันตรังสี หรือปฏิกิริยาจากการปฏิสัมพันธ์กันของอนุภาค (เช่นจากรังสีคอสมิกหรือเครื่องเร่งอนุภาค) แหล่งนิวตรอนขนาดใหญ่เป็นของหายากและมักจะจำกัดอยู่ในอุปกรณ์ขนาดใหญ่เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือ เครื่องเร่งอนุภาค (เช่นแหล่งที่มาของนิวตรอนแบบ Spallation) เซลล์ประสาท
คำว่า นิวรอน บัญญัติโดยนักกายวิภาคชาวเยอรมัน Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz โดยมาจากคำในภาษากรีก νεῦρον (neûron) ที่แปลว่า "เส้นด้าย"[26] ส่วนความสำคัญของมันว่าเป็นหน่วยพื้นฐานของระบบประสาทเกิดขึ้นในช่วงต้นคริสต์ทศวรรษที่ 20 ผ่านงานของนักกายวิภาคชาวสเปน นพ. ซานเตียโก รามอน อี กาฮาล[27] ผู้เสนอว่า นิวรอนเป็นเซลล์ต่างหาก ๆ ที่สื่อสารกับกันและกันผ่านจุดประสาน/ช่องว่างที่ออกแบบโดยเฉพาะ[27] หลักนี้ต่อมาเรียกว่า neuron doctrine (หลักนิวรอน) ซึ่งเป็นทฤษฎีหลักทฤษฎีหนึ่งของประสาทวิทยาศาสตร์ปัจจุบัน[27] แบบจำลองชั้นพลังงานของนิวเคลียส
แบบจำลองชั้นพลังงานนี้บางส่วนมีความคล้ายคลึงกับแบบจำลองชั้นพลังงานของอะตอม ซึ่งอธิบายการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในอะตอม ในชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนอยู่เต็มจะมีความเสถียรมากกว่า เมื่อเพิ่มนิวคลีออน (โปรตอนหรือนิวตรอน) ให้กับนิวเคลียส จะมีจุดๆ หนึ่งซึ่งพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนตัวถัดไปมีค่าน้อยกว่าตัวก่อนหน้าอย่างมาก ผลการสังเกตการณ์นี้เป็นจุดเริ่มต้นของแบบจำลองชั้นพลังงาน ทำให้ทราบถึงเลขมหัศจรรย์ (magic number) ของนิวคลีออน คือ 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 ซึ่งจะผูกมัดแน่นหนากับเลขตัวถัดไปที่มีค่าสูงขึ้น นิวเคลียสของอะตอม
อิเล็กตรอน นิวตรอน
ทั้งนี้ นิวตรอนในนิวเคลียสที่ไม่เสถียรก็สามารถสลายตัวในลักษณะนี้ได้ อย่างไรก็ตาม โปรตอนก็สามารถสลายตัวกลับเป็นนิวตรอนได้เช่นกันผ่านกระบวนการกักอิเล็กตรอน หรือกระบวนการย้อนกลับของการสลายให้อนุภาคบีตา และให้โพซิตรอนกับอิเล็กตรอนนิวตริโนชนิดละ 1 ตัวเช่นกัน ดังนี้ อะตอม
เช่นเดียวกับอนุภาคอื่น อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติแบบทวิภาค คือเป็นทั้งอนุภาคและเป็นทั้งคลื่น เมฆอิเล็กตรอนเป็นบริเวณภายในหลุมพลังงานที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะสร้างคลื่นนิ่ง 3 มิติประเภทหนึ่งขึ้น อันเป็นรูปคลื่นที่ไม่เคลื่อนที่ตามนิวเคลียส พฤติกรรมนี้ถูกกำหนดจากออร์บิทัลของอะตอม ซึ่งเป็นฟังก์ชันคณิตศาสตร์ที่แสดงคุณสมบัติความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนจะปรากฏตัวขึ้นที่จุดเฉพาะหนึ่ง ๆ ขณะที่ถูกวัดตำแหน่ง[58] รอบ ๆ นิวเคลียสจะมีออร์บิทัลที่ไม่ต่อเนื่องกันล้อมรอบอยู่ในลักษณะของควอนตา ทั้งนี้เพราะรูปแบบคลื่นอื่นที่เป็นไปได้จะสลายตัวไปอย่างรวดเร็วเข้าสู่สถานะที่เสถียรมากกว่า[59] ออร์บิทัลอาจมีลักษณะวงแหวนหนึ่งวง หลายวง หรือเป็นโครงสร้างโหนดก็ได้ ซึ่งมีความแตกต่างจากออร์บิทัลอื่น ๆ ทั้งด้านขนาด รูปร่าง และศูนย์กลาง[60] แฮดรอน
แฮดรอน () (, "hadrós", "stout, thick") ในสาขา ฟิสิกส์ของอนุภาค เป็น อนุภาคผสม ทำจาก ควาร์ก หลายตัวเกี่ยวพันอยู่ด้วยกันโดยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (เหมือนกับที่โมเลกุลเกี่ยวพันอยู่ด้วยกันด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า) พิษนิวตรอน
พิษนิวตรอน () (หรือที่เรียกว่า ตัวซับนิวตรอน หรือ พิษนิวเคลียร์) เป็นสารที่มีภาคตัดขวางของการดูดซับนิวตรอนขนาดใหญ่ เพื่อใช้ในงานเช่นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในการใช้งานทั่วไปการดูดซับนิวตรอนมักจะเป็นผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ อย่างไรก็ตามวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้ หรือที่เรียกว่ายาพิษ จะถูกสอดอย่างเจตนาเข้าไปในบางชนิดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อลดระดับการเกิดปฏิกิริยาที่สูงของโหลดที่เกิดจากเชื้อเพลิงสดเริ่มต้นของพวกมัน บางส่วนของยาพิษเหล่านี้จะหมดสิ้นลงเมื่อพวกมันดูดซับนิวตรอนในระหว่างการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์ ขณะที่ส่วนอื่นของยาพิษจะค่อนข้างคงที่ นิวตรอน
p+ → n0 + e+ + Ve มีซอน (อนุภาค)
ในฟิสิกส์ของอนุภาค มีซอน () ( หรือ ) คืออนุภาคย่อยในกลุ่มแฮดรอนที่ประกอบด้วยควาร์ก 1 ตัวและปฏิควาร์ก 1 ตัว เกาะเกี่ยวอยู่ด้วยกันด้วยแรงอย่างเข้ม เนื่องจากมีซอนประกอบด้วยอนุภาคย่อย มันจึงมีขนาดทางกายภาพ ด้วยเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณหนึ่งเฟมโตเมตร(10 เมตร) ซึ่งมีขนาดประมาณ ของหนึ่งโปรตอนหรือหนึ่งนิวตรอน มีซอนทั้งหมดไม่เสถียร ที่มีอายุยืนที่สุดเพียงไม่กี่หนึ่งส่วนร้อยของหนึ่งไมโครวินาทีเท่านั้น มีซอนที่มีประจุจะสลายตัว (บางครั้งผ่านทางอนุภาคระดับกลาง) กลายเป็นอิเล็กตรอนและนิวทริโน มีซอนที่ไม่มีประจุอาจสลายตัวไปเป็นโฟตอน เปลือกอิเล็กตรอน
ในสาขาวิชาเคมีและฟิสิกส์ของอะตอม เปลือกอิเล็กตรอน () หรือ ระดับพลังงานหลัก () อาจเข้าใจได้ว่าเป็นวงโคจรของอิเล็กตรอนที่หมุนวนอยู่รอบนิวเคลียสของอะตอม เปลือกที่ใกล้นิวเคลียสที่สุดเรียกว่าเป็น "เปลือกชั้นที่ 1" (หรือเปลือก "K") ต่อมาจึงเป็น "เปลือกชั้นที่ 2" (หรือเปลือก "L"), "เปลือกชั้นที่ 3" (หรือเปลือก "M") ไกลออกมาเรื่อย ๆ จากนิวเคลียส เปลือกเหล่านั้นจะสอดคล้องกับเลขควอนตัมหลัก (n = 1, 2, 3, 4 ...) หรือถูกตั้งชื่อเรียงตามลำดับตัวอักษรที่ใช้ในสัญญลักษณ์ของรังสีเอ็กซ์ (K,L,M...) นิวตรอน
ไดนิวตรอนเป็นอนุภาคสมมุติที่ประกอบไปด้วยนิวตรอน 2 ตัว และมีชีวิตอยู่ได้เพียงระยะเวลาสั้น ๆ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ เกิดจากฮีลิออน (นิวเคลียสเปลือยของฮีเลียม) ส่วนเททรานิวตรอนประกอบด้วยนิวตรอน 4 ตัว สมมุติขึ้นโดยทีมนักฟิสิกส์จากศูนย๋ปฏิบัติการ CNRS เพื่อศึกษาฟิสิกส์นิวเคลียร์ จากการสังเกตการสลายตัวของนิวเคลียสเบริลเลียม-14 แต่ได้รับความสนใจเพียงน้อยนิดเนื่องจากทฤษฎีปัจจุบันเห็นเพียงกลุ่มอนุภาคที่ไม่เสถียรเท่านั้น อะตอม
กิลเบิร์ต นิวตัน ลูอิส สามารถอธิบายถึงพันธะเคมีระหว่างอะตอมได้ในปี ค.ศ. 1916 ว่าเป็นปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนที่เป็นส่วนประกอบภายใน[30] ดังที่คุณสมบัติทางเคมีของธาตุเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วตามที่ปรากฏในตารางธาตุ[31] ปี ค.ศ. 1919 นักเคมีชาวอเมริกัน เออร์วิง แลงมุยร์ เสนอวิธีการอธิบายว่า ถ้าอิเล็กตรอนในอะตอมเชื่อมต่อกันหรือจับกลุ่มกันในลักษณะบางอย่าง กลุ่มของอิเล็กตรอนน่าจะรวมกันเป็นชั้นพลังงานของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส[32] ตารางธาตุ
อิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นแรงดึงดูดของอะตอมที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนเข้ามา[29] อิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอะตอมหนึ่ง เป็นผลมาจากเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น และระยะห่างจากนิวเคลียสถึงวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยิ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเท่าไร ความสามารถที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนก็มากขึ้นเท่านั้น แนวคิดถูกเสนอครั้งแรกโดยไลนัส พอลลิง ใน พ.ศ. 2475[30] โดยทั่วไป อิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาตามคาบ และลดลงจากบนลงล่างตามหมู่ เพราะเหตุนี้ ฟลูออรีนจึงเป็นธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด และซีเซียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด อย่างน้อยธาตุเหล่านั้นก็ยังมีข้อมูลที่สามารถใช้ยืนยันได้[15] นิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสทั้งหลายจะยึดเหนึ่ยวอยู่ด้วยกันด้วยแรงแข็งแกร่งที่เหลือ (แรงนิวเคลียร์) แรงแข็งแกร่งที่เหลือเป็นส่วนที่เหลือเล็กน้อยของอันตรกิริยาอย่างเข้มที่ยึดเหนี่ยวกลุ่มควาร์กเข้าด้วยกันเพื่อก่อตัวเป็นกลุ่มโปรตอนและกลุ่มนิวตรอน แรงนี้จะมีค่าอ่อนอย่างมากระหว่างกลุ่มนิวตรอนและกลุ่มโปรตอนเพราะส่วนใหญ่มันจะถูกปรับให้เป็นกลางภายในกลุ่มพวกมัน ในทางเดียวกันกับที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้​​าระหว่างกลุ่มอะตอมที่เป็นกลาง (เช่นแรงแวนเดอร์วาลส์ ที่กระทำระหว่างสองอะตอมของก๊าซเฉื่อย) จะมีค่าที่อ่อนอย่างมากกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้​​าที่ยึดเหนี่ยวหลายส่วนของอะตอมเข้าด้วยกันอยู่ภายใน (เช่นแรงต่าง ๆ ที่ยึดกลุ่มอิเล็กตรอนในอะตอมก๊าซเฉื่อยชนิดหนึ่งให้ผูกติดไว้กับนิวเคลียสของมัน) นิวเคลียส
นิวเคลียสของอะตอม (English: atomic nucleus) - ส่วนใจกลางของอะตอมของธาตุทุกชนิด ส่วนนี้ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่สำคัญ ๒ ชนิด คือ โปรตอน และ นิวตรอน (สำหรับอะตอมของไฮโดรเจนธรรมดา นิวเคลียสมีแต่โปรตอนเท่านั้น ไม่มีนิวตรอน), ส่วนที่สำคัญยิ่งของเซลล์ ลักษณะเหนียวข้นเป็นก้อนประกอบด้วยส่วนย่อย ๆ อีกหลายชนิด มักอยู่ตอนกลางของเซลล์ที่ยังอ่อนอยู่ และอาจร่นไปอยู่ริมเซลล์เมื่อแก่เข้า นิวเคลียสของเซลล์ (cell nucleus) - ออร์แกเนลล์ที่พบในเซลล์ยูแคริโอต ซึ่งเห็นได้เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ ในเบื้องต้นจะมีโครโมโซมของเซลล์นั้นๆ นิวเคลียส (ระบบประสาท) - กลุ่มของเซลล์ประสาทในระบบประสาทส่วนกลาง นิวเคลียสของดาวหาง (comet nucleus) - แกนแข็งในใจกลางของดาวหาง นิวเคลียสของดาราจักร (galaxy nucleus) - พื้นที่ใจกลางของดาราจักร อะตอม
ความเสถียรของไอโซโทปเกิดจากสัดส่วนระหว่างโปรตอนต่อนิวตรอน รวมไปถึง "จำนวนมหัศจรรย์" ของนิวตรอนหรือโปรตอนที่แสดงถึงระดับพลังงานควอนตัมทั้งแบบ closed และแบบ filled ระดับชั้นพลังงานควอนตัมเหล่านี้คือระดับพลังงานภายในแบบจำลองชั้นพลังงานของนิวเคลียส ดังเช่น filled shell ของโปรตอน 50 ตัวในดีบุก แสดงถึงความเสถียรของนิวไคลด์แบบไม่ปกติ จากจำนวนนิวไคลด์เสถียรทั้งหมดที่รู้จักกัน 256 ชนิด มีเพียง 4 ชนิดเท่านั้นที่มีจำนวนโปรตอน<i data-parsoid='{"dsr":[38751,38758,2,2]}'>และ</i>นิวตรอนเป็นเลขคี่ ได้แก่ ไฮโดรเจน-2 (ดิวเทอเรียม), ลิเธียม-6, โบรอน-10 และ ไนโตรเจน-14 นอกจากนี้ สำหรับนิวไคลด์กัมมันต์แบบคี่-คี่ ที่มีครึ่งชีวิตมากกว่าพันล้านปี ก็มีเพียง 4 ชนิดเท่านั้นคือ โปแตสเซียม-40, วานาเดียม-50, แลนทานัม-138 และ แทนทาลัม-180m นิวเคลียสที่มีจำนวนแบบคี่-คี่ ส่วนใหญ่จะไม่เสถียรอย่างมากโดยเกิดการสลายปลดปล่อยอนุภาคบีตา เพราะผลจากการสลายนั้นจะได้จำนวนมาเป็นแบบคู่-คู่ ซึ่งเป็นพันธะที่แข็งแรงกว่า ตาม nuclear pairing effects[69] นิวตรอน
นิวตรอน"เย็น" นิวตรอน"ความร้อน" นิวตรอน"ร้อน"และการแผ่รังสีจากนิวตรอนมักจะถูกใช้ในสิ่งอำนวยความสะดวกที่ทำจากการกระเจิงนิวตรอน ในที่ซึ่งรังสีจะถูกใช้ในลักษณะที่คล้ายกันกับที่มีการใช้รังสีเอกซ์สำหรับการวิเคราะห์สารควบแน่น (English: condensed matter) นิวตรอนจะถูกใช้เสริมกับการวิเคราะห์ดังกล่าวในแง่ของความแตกต่างของอะตอมโดยภาคตัดขวาง (ฟิสิกส์)ที่มีการกระเจิงที่แตกต่างกัน; ความไวต่อแม่เหล็ก; ช่วงพลังงานสำหรับเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมแบบนิวตรอนที่ไม่ยืดหยุ่น (English: inelastic neutron spectroscopy); และการเจาะลึกลงไปในสสาร อะตอม
ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียส[note 1] โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน ธาตุแต่ละตัวจะมีอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทปที่มีนิวเคลียสซึ่งไม่เสถียรและเกิดการเสื่อมสลายโดยการแผ่รังสี ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการแปรนิวเคลียสที่ทำให้จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงไป[4] อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมีระดับพลังงานที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของวงโคจรอะตอม และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม นิวตรอน
n0 → p+ + e- + Ve พอล ดิแรก
ซึ่งสมการดังกล่าวเป็นที่มาและอธิบายพฤติกรรมของปฏิอนุภาค โดยพบว่าจากการแก้สมการจะได้คำตอบที่เป็นไปได้อย่างทัดเทียมกัน 2 คำตอบ และได้ประกาศ ในปี ค.ศ.1931 ว่า อิเล็กตรอน มี 2 ชนิด คือ ชนิดมีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี และชนิดใหม่มีประจุไฟฟ้าบวก จากนั้นอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวกก็ถูกค้นพบจริงจากการทดลอง ผู้ค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน หรือ โปสิตรอน คือ คาร์ล เดวิด แอน เดอร์สัน (Carl David Anderson) ในปี ค.ศ.1932 จากการศึกษารังสีคอสมิก โดยเขาเคยได้เสนอชื่อเรียกอนุภาคอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยกันดี ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบว่า เนกาตรอน (Negatron) แต่ไม่เป็นที่นิยมเรียกกันชื่อนี้จึงเลือนหายไป โปรตอน
ใน แบบจำลองมาตรฐาน สมัยใหม่ของฟิสิกส์ของอนุภาค โปรตอนเป็น แฮดรอน หนึ่ง, และก็เหมือนกับ นิวตรอน, นิวคลีออน อื่น (อนุภาคที่ปรากฏอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม) จะประกอบด้วย สาม ควาร์ก ถึงแม้ว่าโปรตอนจะได้รับการพิจารณาแต่เดิมว่าเป็น อนุภาคมูลฐาน หรือพื้นฐาน มันก็เป็นที่รู้กันในขณะนี้ว่าจะประกอบด้วยสามควาร์กคือ สอง อัพควาร์ก และหนึ่ง ดาวน์​​ควาร์ก อย่างไรก็ตาม มวลนิ่งของควาร์กมีส่วนเพียงประมาณ 1% ของมวลของโปรตอน[1] มวลขอโปรตอนที่เหลือจะเกิดเนื่องจาก พลังงานจลน์ ของควาร์กทั้งหลายและเนื่องจากพลังงานของสนาม gluon ที่ยึดเหนี่ยวควาร์กทั้งหลายเข้าด้วยกัน. เพราะว่าโปรตอนไม่ได้เป็นอนุภาคพื้นฐาน มันจึงมีขนาดทางกายภาพ รัศมีของโปรตอนอยู่ที่ประมาณ 0.84-0.87 fm[2] แหล่งกำเนิดนิวตรอน
ต้นกำเนิดนิวตรอน () หมายถึงอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ปลดปล่อยนิวตรอนออกมา ไม่จำกัดแค่เครื่องกลไกที่ใช้สร้างนิวตรอนเท่านั้น ตัวแปรต่าง ๆ ของต้นกำเนิดนิวตรอนนั้นขึ้นกับ พลังของนิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากต้นกำเนิด อัตราการปลดปล่อยนิวตรอนของต้นกำเนิด ขนาดของต้นกำเนิด ราคาการดูแลรักษาต้นกำเนิด และ ข้อบังคับทางราชการที่เกี่ยวข้องกับต้นกำเนิด อุปกรณ์นี้มีใช้ในหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์ วิศวกรรม เวชกรรม อาวุธนิวเคลียร์ การสำรวจปิโตรเลียม ชีววิทยา เคมี พลังงานนิวเคลียร์ และ อุตสาหกรรมอื่น ๆ อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน (English: electron) (สัญลักษณ์ e-) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ไม่มีใครรู้จักส่วนประกอบหรือโครงสร้างพื้นฐานของมัน; ในคำกล่าวอื่น ๆ เช่น คาดกันโดยทั่วไปว่ามันจะเป็นอนุภาคที่เป็นมูลฐาน อิเล็กตรอนมีมวลที่เป็นประมาณ 1/18636 เท่าของโปรตอน โมเมนตัมเชิงมุมภายใน (สปิน) ของอิเล็กตรอนเป็นค่าครึ่งจำนวนเต็มในหน่วยของ ħ ซึ่งหมายความว่ามันเป็น เฟอร์เมียน (fermion) ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน มันเป็นเหมือนกันกับอิเล็กตรอนยกเว้นแต่ว่าจะมีค่าประจุไฟฟ้าและอื่น ๆ ที่มีลักษณะตรงกันข้าม เมื่ออิเล็กตรอนชนกันกับโพซิตรอน อนุภาคทั้งสองอาจกระจัดกระจายออกจากกันและกัน หรือถูกประลัย (annihilate)โดยสิ้นเชิง การผลิตคู่ (หรือมากกว่านั้น) เกิดขึ้นจากโฟตอนรังสีแกมมา อิเล็กตรอน ซึ่งถือเป็นรุ่นแรกของตระกูลอนุภาคเลปตอน (lepton) มีส่วนร่วมในแรงโน้มถ่วง มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงแบบอ่อน อิเล็กตรอนเช่นเดียวกับสสารทั้งหมด มีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมของทั้งคู่อนุภาคและคลื่น วิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวน อิเล็กตรอน ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวน โปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว อนุภาคย่อยของอะตอม
อิเล็กตรอนประจุลบมีมวลเท่ากับ 1/1836 ของมวลของอะตอมไฮโดรเจน มวลส่วนที่เหลือของอะตอมไฮโดรเจนมาจากโปรตอนประจุบวก เลขอะตอมของธาตุใด ๆ เป็นจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้น นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางและมีมวลใหญ่กว่าโปรตอนเล็กน้อย ไอโซโทปที่แตกต่างกันของธาตุเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่จำนวนนิวตรอนแตกต่างกัน เลขมวลของไอโซโทปใด ๆ คือจำนวนรวมของนิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอนรวมกัน) ดาวนิวตรอน
จากแบบจำลองที่ได้รับความเชื่อถือในปัจจุบัน ดาวนิวตรอนมีเปลือกนอกเป็นของแข็งซึ่งเกิดจากการบีบอัดของนิวเคลียสธาตุเหล็ก มีความหนา 1 ไมล์ โดยมีทะเลของอิเล็กตรอนไหลอยู่ระหว่างช่องว่างของเปลือก ส่วนภายในเป็นของเหลวที่ประกอบด้วยนิวเคลียสมวลเบาของไฮโดรเจนและฮีเลียม และแก่นกลางก็น่าจะประกอบด้วยนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น เหล็ก เป็นต้น ถ้าหากอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่า 1 ล้านเคลวิน พื้นผิวจะมีความลื่นกว่าดาวนิวตรอนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ส่วนชั้นบรรยากาศของดาวนิวตรอนน่าจะมีความหนาเพียง 1 เมตรเท่านั้น .. อะตอม
เท่าที่รู้กันในปัจจุบัน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุดในบรรดาอนุภาคทั้งหมด คือประมาณ 9.11×10−31kg โดยมีประจุไฟฟ้าลบและมีขนาดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ด้วยเทคนิคเท่าที่มีอยู่[44] โปรตอนมีประจุบวก และมีมวลราว 1,836 เท่าของอิเล็กตรอน คือประมาณ 1.6726×10−27kg แม้ว่าอาจลดลงได้จากการเปลี่ยนแปลงพลังงานยึดเหนี่ยวของโปรตอนที่มีต่ออะตอม ส่วนนิวตรอนนั้นไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลราว 1,839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน[45] หรือ 1.6929×10−27kg นิวตรอนกับโปรตอนมีขนาดพอ ๆ กันที่ประมาณ 2.5×10−15ม. แม้ว่า 'พื้นผิว' ของอนุภาคเหล่านี้จะไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนก็ตาม[46] การแผ่รังสีจากนิวตรอน
นิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะมีการแบ่งประเภทโดยทั่วไปเป็นนิวตรอนช้า (นิวตรอนความร้อน) หรือเป็น นิวตรอนเร็ว ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน นิวตรอนความร้อนจะมีการกระจายพลังงาน (การกระจายแบบ Maxwell-Boltzmann) ที่คล้ายกับกันก๊าซที่อยู่ในภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ แต่จะถูกจับยึดได้ง่ายโดยนิวเคลียสของอะตอมและเป็นวิธีการเบื้องต้นที่องค์ประกอบทั้งหลายจะมีการกลายพันธ์ของอะตอม พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์ (English: Nuclear Power or Nuclear Energy) เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ได้จากการคายความร้อนในปฏิกิริยานิวเคลียร์[1] เพื่อประโยชน์ในการสร้างความร้อนและผลิตไฟฟ้า. นิวเคลียร์ เป็นคำคุณศัพท์ของคำว่า นิวเคลียส ซึ่งเป็นแก่นกลางของอะตอมธาตุ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอน และนิวตรอน ซึ่งยึดกันได้ด้วยแรงของอนุภาคไพออน อะตอม
แม้คำว่า อะตอม จะมีกำเนิดจากรากศัพท์ที่มีความหมายถึงอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป แต่การใช้งานในทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้น อะตอมยังประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมอีกมากมาย อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของอะตอมได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน อย่างไรก็ดี อะตอมของไฮโดรเจน-1 นั้นไม่มีนิวตรอน และประจุไฮโดรเจนบวกก็ไม่มีอิเล็กตรอน ไนโตรเจน
ไนโตรเจน (English: Nitrogen)[1] เป็นธาตุเคมีในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ N และเลขอะตอม 7 เป็นอโลหะที่มีสถานะเป็นแก๊สที่มีอยู่ทั่วไป โดยปกติไม่มีสี กลิ่น หรือรส แต่ละโมเลกุลมี 2 อะตอม ไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศ ของโลกถึง 78 เปอร์เซ็นต์ และเป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อในสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ไนโตรเจนยังเป็นส่วนประกอบในสารประกอบที่สำคัญหลายชนิด เช่น กรดอะมิโน แอมโมเนีย กรดไนตริก และสารจำพวกไซยาไนด์ นิวตรอน
หมวดหมู่:นิวตรอน หมวดหมู่:แบริออน หมวดหมู่:ฟิสิกส์อนุภาค ตัวหน่วงนิวตรอน
ใน วิศวกรรมนิวเคลียร์ ตัวหน่วงนิวตรอน () เป็นตัวกลางที่ช่วยลดความเร็วของ นิวตรอนเร็ว โดยเปลี่ยนพวกมันให้เป็น นิวตรอนความร้อน ที่สามารถสร้างความยั่งยืนให้กับ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ที่ใช้ ยูเรเนียม-235 หรือ นิวไคลด์ อื่นที่ทำ ฟิชชัน ได้ที่คล้ายกัน การแผ่รังสีจากนิวตรอน
การแผ่รังสีจากนิวตรอนถูกค้นพบเป็นผลมาจากการสังเกตนิวเคลียสของเบริลเลียมที่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคแอลฟา จึงเป็นการแปลงไปเป็นนิวเคลียสของคาร์บอนและปลดปล่อยนิวตรอนออกมาหนึ่งตัว, Be(α,n)C หรือ (Be + α = n + C) การรวมกันของตัวปล่อยอนุภาคแอลฟาและไอโซโทปที่มีความน่าจะเป็นของปฏิกิริยานิวเคลียร์ (α,n) ขนาดใหญ่ยังคงเป็นแหล่งที่มาของนิวตรอนที่พบบ่อย ดาวนิวตรอน
เมื่อดาวฤกษ์มวลมากเกิดซูเปอร์โนวาและกลายเป็นดาวนิวตรอน ส่วนแก่นของมันจะได้รับโมเมนตัมเชิงมุมมา ซึ่งการเปลี่ยนแปลงรัศมีจากใหญ่ไปเล็กนั้นจะทำให้ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไปก็จะหมุนรอบตัวเองช้าลงทีละน้อย ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของดาวนิวตรอนที่มีการบันทึกได้นั้นอยู่ระหว่าง 700 รอบต่อวินาทีไปจนถึง 30 วินาทีต่อรอบ ความเร่งที่พื้นผิวอยู่ที่ 2*10 ถึง 3*10 เท่ามากกว่าโลก ด้วยเหตุนี้ดาวนิวตรอนจึงสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาเป็นช่วงหรือพัลซาร์ และกระแสแม่เหล็กออกมาปริมาณมหาศาล การที่ดาวนิวตรอนสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาเป็นช่วงๆ นั้นทำได้อย่างไร ยังคงเป็นคำถามที่ไม่มีคำตอบ แม้ว่าจะมีการวิจัยเรื่องนี้มานานกว่า 40 ปีแล้วก็ตามในดาราจักรของเรานั้นเราพบเพียงไม่กี่สิบดวงเท่านั้น เรายังพบอีกว่า ดาวนิวตรอนน่าจะเป็นต้นกำเนิดของ แสงวาบรังสีแกมมา ที่มีความสว่างมากกว่าซูเปอร์โนวา หลายเท่า อีกทั้งดาวนิวตรอนยังมีความหนาแน่นรวมถึงนำหนักของดาวนิวตรอนที่มากกว่าดวงดาวบางดวงอีกด้วย(แก้ไขโดยเนติ)  นิวเคลียสของอะตอม
โปรตอนเป็นตัวกำหนดประจุทั้งหมดของนิวเคลียส นั่นคือตัวตนทางเคมีของมัน. นิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้​​า แต่ก็เป็นส่วนหนึ่งของ​​มวลของนิวเคลียสเกือบเท่ากับมวลของโปรตอน นิวตรอนเป็นตัวอธิบายปรากฏการณ์ของไอโซโทป - ความหลากหลายของสายพันธุ์ที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันแต่แตกต่างกันเฉพาะในมวลอะตอมของพวกมันเท่านั้น ไม่ใช่ปฏิกิริยาทางเคมี เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอน (English: valence electron) คือ อิเล็กตรอนในอะตอมที่สามารถมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะเคมี[1] สำหรับธาตุหมู่หลัก เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเป็นอิเล็กตรอนในวงนอกสุด (outermost shall) เท่านั้น ส่วนโลหะแทรนซิชัน เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถเป็นอิเล็กตรอนในวงใน (inner shell) ได้ อะตอม
นิวตรอนกับโปรตอนต่างเป็นเฟอร์มิออนเพียงแต่เป็นคนละชนิด ตามหลักการกีดกันของเพาลี คือผลจากแรงควอนตัมทำให้เฟอร์มิออน ที่เทียบเท่ากัน ไม่สามารถมีสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกันได้ ดังนั้นโปรตอนทุกตัวในนิวเคลียสจึงต้องดำรงอยู่ในสถานะที่แตกต่างกันด้วยระดับพลังงานต่าง ๆ ของตัวเอง กฎเดียวกันนี้ยังใช้กับนิวตรอนทั้งหมดด้วย แต่ไม่ได้ห้ามโปรตอนกับนิวตรอนให้มีสถานะควอนตัมอันเดียวกัน[52] เซลล์ประสาท
เซลล์ประสาท[1] หรือ นิวรอน (English: neuron, /ˈnjʊərɒn/ NYEWR-on, หรือ /ˈnʊərɒn/ NEWR-on) เป็นเซลล์เร้าได้ด้วยพลัง ของเซลล์อสุจิที่ทำหน้าที่ประมวลและส่งข้อมูลผ่านสัญญาณไฟฟ้าและเคมี โดยส่งผ่านจุดประสานประสาท (synapse) ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อโดยเฉพาะกับเซลล์อื่น ๆ นิวรอนอาจเชื่อมกันเป็นโครงข่ายประสาท (neural network) และเป็นองค์ประกอบหลักของสมองกับไขสันหลังในระบบประสาทกลาง (CNS) และของปมประสาท (ganglia) ในระบบประสาทนอกส่วนกลาง (PNS) นิวรอนที่ทำหน้าที่โดยเฉพาะ ๆ รวมทั้ง การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน
ความหลากหลายของตัวแทนการส่งมอบของธาตุโบรอนได้มีการสังเคราะห์ แต่ก็มีเพียงสองตัวเท่านั้นที่มีการใช้ในการทดลองทางคลินิกในปัจจุบัน ตัวแรกได้ถูกนำมาใช้เป็นหลักในประเทศญี่ปุ่น มันคือ polyhedral borane anion, sodium borocaptate or BSH (Na2B12H11SH), ตัวที่สองได้ถูกนำมาใช้ในการทดลองทางคลินิกในสหรัฐอเมริกา ยุโรป ญี่ปุ่นและไม่นานมานี้อาร์เจนตินาและไต้หวัน หลังจากการบริหารงานของ BPA หรือ BSH โดยฉีดเข้าเส้นเลือดดำ, จุดเกิดเนื้องอกจะมีการฉายรังสีด้วยนิวตรอนที่มีแหล่งกำเนิดเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ถูกดัดแปลงเป็นพิเศษ จนถึงปี 1994 ลำแสงนิวตรอนพลังงานต่ำ (<0.5 eV) ถูกนำมาใช้เป็นหลักในประเทศญี่ปุ่น[5] แต่เนื่องจากพวกมันมีความลึกของการเจาะเข้าไปในเนื้อเยื่อที่จำกัด , ลำแสงนิวตรอนเอพิเทอร์มัลพลังงานที่สูงกว่า (>.5eV<10 keV) ซึ่งมีความลึกของการเจาะมากขึ้นได้ถูกนำมาใช้ในการทดลองทางคลินิกในสหรัฐอเมริกา [6][7] ยุโรป[8][9] และญี่ปุ่น[10][11] อะตอม
โปรตอนกับนิวตรอนที่ยึดเหนี่ยวกันภายในอะตอมหนึ่ง ๆ จะรวมกันเป็นนิวเคลียสอะตอมขนาดเล็ก เรียกชื่อว่า นิวคลีออน รัศมีของนิวเคลียสมีค่าประมาณ 1.07 A 3 {\displaystyle {\begin{smallmatrix}1.07{\sqrt[{3}]{A}}\end{smallmatrix}}} fm โดยที่ A คือจำนวนนิวคลีออนรวม[49] นี่มีขนาดเล็กกว่ารัศมีของอะตอมมาก ประมาณ 105fm นิวคลีออนยึดเหนี่ยวกันเอาไว้ด้วยแรงดึงดูดระยะใกล้ ๆ เรียกว่า แรงนิวเคลียร์ ที่ระยะห่างต่ำกว่า 2.5 fm แรงนี้จะมีพลังแรงมากกว่าแรงไฟฟ้าสถิตซึ่งทำให้ประจุโปรตอนที่เป็นบวกพยายามผลักตัวออกจากกัน[50] แรงนิวเคลียร์
แรงนิวเคลียร์ () คือแรงระหว่างนิวคลีออนสองตัวหรือมากกว่านั้น เป็นเหตุของการยึดเหนี่ยวระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนให้อยู่ด้วยกันเป็นนิวเคลียสอะตอมได้ พลังงานนิวเคลียร์ยึดเหนี่ยวที่ปลดปล่อยออกมาทำให้มวลของนิวเคลียสน้อยกว่ามวลรวมของโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน แรงนี้เป็นแรงดูดที่มีกำลังแรงระหว่างนิวคลอนที่อยู่ห่างกันประมาณ 1 เฟมโตเมตร (fm) วัดจากจุดศูนย์กลาง แต่จะอ่อนกำลังลงอย่างรวดเร็วที่ระยะห่างมากกว่า 2.5 fm ที่ระยะใกล้กว่า 0.7 fm แรงนี้จะกลายเป็นแรงผลัก และเป็นตัวการสำหรับรูปร่างทางกายภาพของนิวเคลียส เพราะนิวคลีออนจะไม่สามารถเข้าใกล้กันมากกว่าที่แรงนี้ยอมให้เป็นไปได้ การกระตุ้นนิวตรอน
การกระตุ้นนิวตรอน () เป็นกระบวนการที่ นิวตรอน ไปเหนี่ยวนำให้เกิดกัมมันตภาพรังสีในวัสดุ และจะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมจับยึดนิวตรอนอิสระ กลายเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่าและเข้าสู่สภาวะกระตุ้น นิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นมักจะสลายตัวทันทีโดยการเปล่ง รังสีแกมมา หรือเปล่งอนุภาคเช่น อนุภาคบีตา อนุภาคแอลฟา ผลผลิตฟิชชัน และนิวตรอน (ในนิวเคลียร์ฟิชชัน) ดังนั้นกระบวนการของการจับยึดนิวตรอน แม้ว่าจะหลังจากการสลายตัวระดับกลางใด ๆ มักจะส่งผลให้เกิดผลผลิตจากการกระตุ้นที่ไม่เสถียร นิวเคลียสกัมมันตรังสีดังกล่าวสามารถแสดงครึ่งชีวิตในพิสัยตั้งแต่เศษส่วนขนาดเล็กของหนึ่งวินาทีจนถึงหลายปี เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
นิวเคลียร์ฟิชชั่น. เครื่องปฏิกรณ์พลังงานเชิงพาณิชย์ทั้งหมดจะใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น. โดยทั่วไปจะใช้ยูเรเนียมและผลิตผลของมันซึ่งได้แก่พลูโตเนียมเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์, แม้ว่าวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมก็สามารถนำมาใช้ได้. เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชั่นสามารถแบ่งออกหยาบๆเป็นสองระดับชั้น, ขึ้นอยู่กับพลังงานของนิวตรอนที่รักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชั่น: 'เครื่องปฏิกรณ์ความร้อน' (เป็นชนิดที่พบมากที่สุดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) ใช้นิวตรอนที่วิ่งช้าหรือนิวตรอนความร้อนเพื่อรักษาสภาวะการฟิชชั่นของเชื้อเพลิงของพวกมัน. เครื่องปฏิกรณ์เกือบทั้งหมดในปัจจุบันเป็นประเภทนี้. เครื่องเหล่านี้จะติดตั้งวัสดุที่เป็นตัวหน่วงนิวตรอน (English: neutron moderator) ที่จะทำให้นิวตรอนช้าลงจนกระทั่ง'อุณหภูมินิวตรอน'ของพวกมันจะ thermalized, นั่นคือ, จนกระทั่งพลังงานจลน์ของพวกมันเคลื่อนเข้าสู่พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคโดยรอบ. นิวตรอนร้อนมีหน้าตัดนิวเคลียร์ (ความน่าจะเป็น)ที่ใหญ่กว่ามากๆ ของการเกิดฟิชชั่นบนนิวเคลียสที่มีคุณสมบัติทำฟิชชั่นได้ เช่นยูเรเนียม-235, พลูโตเนียม-239, และพลูโตเนียม-241, และความน่าจะเป็นที่ค่อนข้างต่ำกว่าของ'การจับนิวตรอน'โดยยูเรเนียม-238 (U-238) เมื่อเทียบกับนิวตรอนที่เร็วกว่าที่มาเป็นผลแต่เดิมมาจากการฟิชชั่น, เป็นการยอมให้สามารถใช้ยูเรเนียมสมรรถนะต่ำหรือเชื้อเพลิงยูเรเนียมธรรมชาติด้วยซ้ำ. ตัวหน่วงนิวตรอนมักจะเป็นตัวหล่อเย็นอีกด้วย, ปกติจะเป็นน้ำความดันสูงเพื่อเพิ่มจุดเดือด. อุปกรณ์เหล่านี้จะถูกล้อมรอบด้วยอ่างปฏิกรณ์ (English: reactor vessel), เครื่องมือเฝ้าดูและควบคุมเครื่องปฏิกรณ์, โลห์ป้องกันรังสี, และอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 'เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว'ใช้'นิวตรอนเร็ว'เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันในเชื้อเพลิงของพวกมัน. พวกมันไม่ได้มีตัวหน่วงนิวตรอน, แต่ใช้สารหล่อเย็นที่มีตัวหน่วงน้อย. การรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ให้คงไว้ต้องใช้เชื้อเพลิงที่เป็นวัสดุฟิชชั่นมีสมรรถนะสูงมาก (ประมาณ 20% หรือมากกว่า) อันเนื่องมาจากความน่าจะเป็นที่ค่อนข้างต่ำของการฟิชชั่นเมื่อเทียบกับการจับนิวตรอนโดย U-238. เครื่องปฏิกรณ์เร็วมีศักยภาพในการผลิตของเสียแบบ transuranic น้อยเพราะ actinides ทุกตัวจะสามารถทำฟิชชั่นได้ด้วยนิวตรอนเร็ว[22], แต่พวกมันจะสร้างยากกว่าและการดำเนินงานมีราคาแพงกว่า. โดยรวม เครื่องปฏิกรณ์เร็วจะถูกใช้น้อยกว่าเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนในการใช้งานส่วนใหญ่. สถานีพลังงานช่วงต้นบางสถานีเป็นเครื่องปฏิกรณ์เร็วเช่นเดียวกับบางหน่วยเรือลากจูงรัสเซีย. การสร้างต้นแบบเป็นไปอย่างต่อเนื่อง (ดู fast breeder หรือเครื่องปฏิกรณ์ generation IV) นิวเคลียร์ฟิวชัน. พลังงานฟิวชั่นเป็นเทคโนโลยีการทดลอง, โดยทั่วไปมีไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง. ในขณะที่มันไม่เหมาะสำหรับการผลิตไฟฟ้า, ตัวทำปฏิกิริยาฟิวชั่นแบบ Farnsworth-Hirsch ถูกใช้ในการผลิตรังสีนิวตรอน. การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน
ทั้งอนุภาคแอลฟาและลิเธียมไอออนจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนระยะใกล้ในบริเวณใกล้เคียงกับจุดที่เกิดปฏิกิริยา โดยมีระยะห่างประมาณ 5–9ไมโครเมตร ซึ่งระยะดังกล่าวเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์เป้าหมาย ความรุนแรงของปฏิกิริยาการจับยึดจะถูกจำกัดอยู่ที่โบรอนที่มีเซลล์ เพราะฉะนั้น BNCT จึงถือได้ว่าเป็นการบำบัดด้วยรังสีของเป้าหมายทั้งประเภททางชีวภาพและทางกายภาพ ความสำเร็จของ BNCT จะขึ้นอยู่กับการส่งมอบแบบเลือกของปริมาณที่เพียงพอของ 10B ให้กับเนื้องอกด้วยเพียงปริมาณน้อยเฉพาะจุดรอบ ๆ เนื้อเยื่อปกติ[4] ดังนั้น เนื้อเยื่อปกติถ้าพวกมันไม่ได้รับปริมาณที่เพียงพอของโบรอน-10 พวกมันจะสามารถรอดจากการจับยึดจากนิวเคลียสและปฏิกิริยาฟิชชัน ความทนทานของเนื้อเยื่อปกติจะถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาการจับยึดนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นกับเนื้อเยื่อปกติไฮโดรเจนและไนโตรเจน การแปลงภายใน
การแปลงภายใน () เป็นกระบวนการ การสลายให้กัมมันตรังสี ที่เมื่อ นิวเคลียส ที่ถูกกระตุ้นมีปฏิสัมพันธ์แบบ แม่เหล็กไฟฟ้า กับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจรของอะตอม ทำให้อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมา (พุ่งออกมา) จากอะตอม ดังนั้นในกระบวนการการแปลงภายใน อิเล็กตรอนพลังงานสูงตัวหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมกัมมันตรังสี แต่ไม่ได้มาจากนิวเคลียส ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนความเร็วสูงที่เกิดจากการแปลงภายในจึงไม่ใช่ อนุภาคบีตา เนื่องจากอนุภาคบีตาจะต้องมาจาก การสลายให้อนุภาคบีตา โดยที่พวกมันจะถูกสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการการสลายตัวของนิวเคลียส ฟิสิกส์นิวเคลียร์
ประวัติที่มาของฟิสิกส์นิวเคลียร์แตกต่างจากฟิสิกส์ของอะตอมเริ่มต้นด้วยการค้นพบของกัมมันตภาพรังสีโดย อองรี Becquerel ในปี 1896 ขณะที่กำลังสืบสวนการเรืองแสงของฟอสฟอรัส () ในเกลือยูเรเนียม การค้นพบอิเล็กตรอนโดยนายเจ เจ ทอมสัน ในหนึ่งปีต่อมาก็บ่งชี้ว่าอะตอมมีโครงสร้างภายใน ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 รูปแบบที่ได้รับการยอมรับของอะตอมเป็นรูปแบบพลัมพุดดิ้งของเจเจทอมสันในที่ซึ่งอะตอมเป็นลูกกลมขนาดใหญ่ที่มีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนประจุลบขนาดเล็กที่ฝังอยู่ภายในของมัน การปล่อยโพซิตรอน
การปล่อยโพซิตรอน () หรือ การสลายให้อนุภาคบีตาบวก () เป็นประเภทเฉพาะอย่างหนึ่งของการสลายกัมมันตรังสีและประเภทย่อยของการสลายให้อนุภาคบีตา ซึ่งโปรตอนหนึ่งตัวที่อยู่ภายในนิวเคลียสที่นิวไคลด์ของมันมีกัมมันตรังสี () จะถูกแปลงให้เป็นนิวตรอนในขณะเดียวกันก็ปล่อยโพซิตรอนและอิเล็กตรอนนิวตริโน ("ν") การปล่อยโพซิตรอนมีการไกล่เกลี่ยโดยแรงอย่างอ่อน โพซิตรอนเป็นชนิดหนึ่งของอนุภาคบีตา (β), อนุภาคเบต้าอีกตัวหนึ่งก็คืออิเล็กตรอน (β) ที่ปล่อยออกมาจากการสลายให้อนุภาค β ของนิวเคลียส วัสดุฟิสไซล์
โดยทั่วไป, ไอโซโทป actinide ส่วนใหญ่ที่มี หมายเลขนิวตรอน เป็นเลขคี่จะเป็นฟิสไซล์. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนใหญ่จะมี หมายเลขมวลอะตอม เป็นเลขคี่ ("A" = "Z" + "N" = จำนวนรวมของ นิวคลีออน), และ หมายเลขอะตอม เป็นเลขคู่ "Z". นี่ก็หมายถึงจำนวนนิวตรอนเป็นจำนวนคี่. ไอโซโทปที่มีจำนวนนิวตรอนเป็นจำนวนคี่จะได้รับพลังงานเพิ่มเป็นพิเศษอีก 1-2 MeV จากการดูดซับหนึ่งนิวตรอนที่เกิน, จากผลกระทบการจับคู่ซึ่งชอบพอจำนวนคู่ของทั้งนิวตรอนและโปรตอน. พลังงานนี้ก็เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานที่จำเป็นพิเศษสำหรับฟิชชันโดยนิวตรอนที่ช้ากว่า, ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำไอโซโทปที่ fissionable ให้เป็น fissile ได้ด้วย.