นิวตรอนคืออะไร ?
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
นิวตรอน
การพัฒนา "เลนส์นิวตรอน" ที่อยู่บนพื้นฐานของการสะท้อนภายในรวมในหลอดแก้วเส้นเลือดฝอยกลวงหรือจากการสะท้อนจากแผ่นอะลูมิเนียมบุ๋มได้ขับเคลื่อนการวิจัยอย่างต่อเนื่องสู่กล้องจุลทรรศน์นิวตรอนและการถ่ายภาพด้วยรังสีนิวตรอน/รังสีแกมมา[12][13][14] อะตอม
ขณะเดียวกันในปี ค.ศ. 1913 นักฟิสิกส์ นีลส์ บอร์ เสนอรูปแบบของอิเล็กตรอนที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เขากล่าวว่ามันมีวงโคจรหลายระดับแตกต่างกัน และสามารถกระโดดไปมาระหว่างระดับวงโคจรต่าง ๆ ได้ แต่ไม่สามารถหมุนเป็นเกลียวเข้าออกตามใจชอบระหว่างทางได้[28] อิเล็กตรอนตัวหนึ่ง ๆ จะต้องดูดซับหรือแผ่พลังงานปริมาณจำเพาะเจาะจงขนาดหนึ่งออกมาเพื่อเปลี่ยนระดับวงโคจรที่มีกำหนดตายตัวอยู่แล้ว เมื่อแสงจากวัตถุที่ร้อนจัดวิ่งผ่านปริซึม มันจะสร้างสเปกตรัมหลากสีขึ้น การปรากฏของระดับพลังงานต่าง ๆ ที่กำหนดตายตัวได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์จากการเปลี่ยนระดับวงโคจรนี้[29] พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์ (English: Nuclear Power or Nuclear Energy) เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ได้จากการคายความร้อนในปฏิกิริยานิวเคลียร์[1] เพื่อประโยชน์ในการสร้างความร้อนและผลิตไฟฟ้า. นิวเคลียร์ เป็นคำคุณศัพท์ของคำว่า นิวเคลียส ซึ่งเป็นแก่นกลางของอะตอมธาตุ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอน และนิวตรอน ซึ่งยึดกันได้ด้วยแรงของอนุภาคไพออน 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 นิวตรอน
นิวตรอนมีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายอย่าง ยกตัวอย่างเช่นการจับยึดนิวตรอนมักจะมีผลมาจากการกระตุ้นนิวตรอนซึ่งกระตุ้นให้เกิดกัมมันตภาพรังสี โดยเฉพาะอย่างยิ่งความรู้ของนิวตรอนและพฤติกรรมของพวกมันมีความสำคัญในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ การเกิดฟิชชันขององค์ประกอบเช่นยูเรเนียม-235 และพลูโตเนียม-239 เกิดจากการดูดซึมนิวตรอนของพวกมัน การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน
การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน (English: Neutron capture therapy (NCT)) เป็นการรักษาโรคแบบไม่รุกล้ำ(เข้าในร่างกาย)เพื่อรักษาเนื้องอกร้ายแรงแบบแพร่กระจายเป็นที่ เช่นเนื้องอกในสมองหลักและมะเร็งที่หัวและลำคอกำเริบ มีสองขั้นตอนได้แก่: ขั้นตอนแรก ผู้ป่วยจะถูกฉีดด้วยยาที่ใช้กำหนดตำแหน่งเนื้องอก ยานี้จะประกอบด้วยไอซโทปไม่มีกัมมันตภาพรังสีที่มีความโน้มเอียงหรือภาคตัดขวาง (ฟิสิกส์) (σ) สูงต่อการจับยึดนิวตรอนช้า ตัวแทนการจับยึด (English: capture agent) จะมีภาคตัดขวางมากกว่าหลายเท่าเมื่อเทียบกับขององค์ประกอบอื่น ๆ ที่ปรากฏอยู่ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ เช่นไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน ในขั้นตอนที่สอง ผู้ป่วยจะปล่อยรังสีนิวตรอนเอพิเทอร์มัล ซึ่งหลังจากการสูญเสียพลังงานเมื่อพวกมันเจาะข้าไปในเนื้อเยื่อ รังสีเอพิเทอร์มัลจะถูกดูดซึมโดยตัวแทนการจับยึดซึ่งภายหลังก็ปลดปล่อยอนุภาคพลังงานสูงที่มีประจุออกมา ด้วยเหตุนี้จึงส่งผลให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบทำลายล้างทางชีวภาพ (รูปที่ 1 ) ดิวเทอเรียม
ดิวเทอเรียมมาจากภาษากรีก deuteros หมายถึง "ที่สอง" เพื่อบอกถึงอนุภาค 2 ตัวประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส ดิวเทอเรียมถูกค้นพบและตั้งชื่อในปี ค.ศ. 1931 โดย แฮโรลด์ ซี. อูเรย์ ซึ่งต่อมาในปี ค.ศ. 1934 อูเรย์ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี การค้นพบนี้ตามด้วยการค้นพบนิวตรอนในปี ค.ศ. 1932 ซึ่งทำให้โครงสร้างนิวเคลียสของดิวเทอเรียมมีความชัดเจนขึ้น ไม่นานหลังจากการค้นพบดิวเทอเรียม อูเรย์และคนอื่นได้ผลิตตัวอย่างของน้ำชนิดหนัก ที่มีดิวเทอเรียมความเข้มข้นสูง น้ำชนิดหนักบริสุทธิ์ถูกสังเคราะห์ได้เป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1933 โดย กิลเบิร์ต นิวตัน เลวิส การจับยึดอิเล็กตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอน ) เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสที่ร่ำรวยโปรตอนของอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าดูดซับอิเล็กตรอนที่อยู่วงในของอะตอม มักจะจากเปลือกอิเล็กตรอนที่วงรอบ K และวงรอบ L กระบวนการนี้จึงเป็นการเปลี่ยนโปรตอนของนิวเคลียสให้เป็นนิวตรอนและพร้อมกันนั้นได้มีการปลดปล่อยอิเล็กตรอนนิวทริโนออกมา ตามสมการ นิวตรอน
นิวตรอนถูกค้นพบโดย เซอร์ เจมส์ แชดวิก (Sir James Chadwick) ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ในปี ค.ศ. 1932 โดยแชดวิกได้ทำการทดลองโดยการยิงอนุภาคแอลฟาจากพอโลเนียมใส่แผ่นโบรอนบาง ๆ และรองรับอนุภาคด้วยเครื่องตรวจจับที่บรรจุแก๊สไนโตรเจนไว้ภายใน พบว่ามีอนุภาคหนึ่งหลุดมาและเป็นกลางทางไฟฟ้า จึงตั้งชื่อให้ว่า "นิวตรอน" [9] โดยการทดลองของทอมสันและโกลด์สตีนที่ใช้หลอดรังสีแคโทดไม่สามารถตรวจพบนิวตรอนได้ เพราะนิวตรอนไม่มีปฏิกิริยากับขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการทดลอง นิวตรอน
p+ → n0 + e+ + Ve 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 อันตรกิริยาอย่างเข้ม
ก่อนทศวรรษที่ 1970 นักฟิสิกส์มีความไม่แน่ใจเกี่ยวกับกลไกการยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอม เป็นที่รู้กันว่านิวเคลียสประกอบด้วยกลุ่มโปรตอนและกลุ่มนิวตรอนและรู้อีกด้วยว่าโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกในขณะที่มีนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้​​า อย่างไรก็ตามข้อเท็จจริงเหล่านี้ดูเหมือนจะขัดแย้งซึ่งกันและกัน โดยการทำความเข้าใจทางฟิสิกส์ในเวลานั้นประจุบวกจะผลักกันเองและนิวเคลียสจึงควรจะขาดเป็นเสี่ยง ๆ แต่สิ่งนี้ก็ยังไม่เคยพบเห็น ฟิสิกส์ใหม่จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้ ดาวนิวตรอน
ดาวนิวตรอน () เป็นซากที่เหลือจากยุบตัวของการระเบิดแบบซูเปอร์โนวาชนิด II,Ib หรือ Ic และจะเกิดเฉพาะดาวฤกษ์มวลมากมีส่วนประกอบเพียงนิวตรอนที่อะตอมไร้กระแสไฟฟ้า (นิวตรอนมีมวลสารใกล้เคียงโปรตอน) และดาวประเภทนี้สามารถคงตัวอยู่ได้ด้วยหลักการกีดกันของเพาลีเกี่ยวกับแรงผลักระหว่างนิวตรอน นิวตรอน
n0 → p+ + e- + Ve นิวทริโน
นิวทริโนมีการ แกว่ง () ไปมาระหว่างฟเลเวอร์ที่แตกต่างกันเมื่อมีการเคลื่อนที่ นั่นคิอ อิเล็กตรอนนิวทริโนตัวหนึ่งที่ถูกสร้างขึ้นในปฏิกิริยาการสลายให้อนุภาคบีตา อาจกลายเป็นมิวออนนิวทริโนหรือเทานิวทริโนหนึ่งตัวเมื่อมาถึงเครื่องตรวจจับ ซึ่งนิวทริโนแต่ละชนิดจะมีมวลไม่เท่ากัน ถึงแม้ว่ามวลเหล่านี้มีขนาดที่เล็กมาก จากการวัดทางจักรวาลวิทยา ได้มีการคำนวณว่าผลรวมของมวลนิวทริโนสามตัวน้อยกว่าหนึ่งในล้านส่วนของมวลอิเล็กตรอน เส้นสเปกตรัม
เมื่อปี ค.ศ.1910 เออร์เนส รัทเธอร์ฟอร์ด นักเคมีฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ นำเสนอแบบจำลองโครงสร้างอะตอมว่าประกอบด้วย นิวเคลียสขนาดเล็กที่มีโปรตอนอยู่ตรงกลางของอะตอม โดยโปรตอนเป็นประจุบวก และมีอิเล็กตรอนซึ่งเป็นประจุลบมีมวลน้อยโคจรอยู่รอบนิวเคลียสเป็นชั้น ๆ ในอะตอม ต่อมาที่เจมส์ แชวิก นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ค้นพบนิวตรอน ซึ่งมีค่าเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่มีเพียงธาตุไฮโดรเจนที่ไม่มีนิวตรอน นิวคลีออน
นิวคลีออน () คือหนึ่งในหลายอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสของอะตอมแต่ละตัวประกอบด้วยนิวคลีออนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น ดังนั้นอะตอมแต่ละตัวจึงประกอบด้วยกลุ่มของนิวคลีออนที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น นิวคลีออนมีอยู่ 2 ประเภทคือนิวตรอน และโปรตอน เลขมวลของไอโซโทปอะตอมหนึ่งๆ จะมีค่าเท่ากันกับจำนวนของนิวคลีออนของไอโซโทปอะตอมนั้นๆ ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถใช้เลขนิวคลีออนแทนที่เลขมวลหรือเลขมวลอะตอมซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางก็ได้ นีออน
นีออน () เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ Ne และเลขอะตอม 10 นีออนเป็นก๊าซเฉื่อย เป็นสมาชิกหมู่ที่ 8 ของตารางธาตุ เป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่นและเกือบจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใดๆ และเกิดแสงเรืองสีแดงเมื่อใช้ในหลอดสุญญากาศ (vacuum discharge tube) กับไฟนีออน และพบในปริมาณเล็กน้อยในอากาศ (หนึ่งส่วนใน 55,000ส่วน) ได้จากการนำอากาศเหลวมากลั่นลำดับส่วนและเกือบจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใดๆ เลย จึงทำให้ไม่มีสารประกอบนีออนที่เรารู้จักเลย ซึ่งนีออนจะไม่เป็นอันตรายต่อคนโดยตรง
นีออนค้นพบโดย Sir William Ramsay และ M.W. Travers ถูกค้นพบที่ กรุงลอนดอนประเทศอังกฤษ ในปี ค.ศ. 1898 เป็นเศษส่วนที่ระเหยง่ายจากอาร์กอนเหลว ณ อุณหภูมิที่อากาศกลายเป็นของเหลว ส่วนอาร์กอนนั้นเป็นแก๊สเล็กน้อยที่เหลืออยู่เมื่อนำแก๊สไนโตรเจนจากอากาศมาทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมที่เผาจนร้อนแดง
คำว่า Neon มาจากคำกรีก neos ตรงกับคำอังกฤษ new แปลว่าใหม่ และต่อมาพวกเขาค้นพบธาตุซีนอนโดยใช้วิธีการที่คล้ายกัน 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 แอนติโปรตอน
แอนติโปรตอน () หรือชื่อที่รู้จักกันน้อยกว่าคือ เนกาตรอน () หรือ (อ่านว่า "พีบาร์") เป็นปฏิยานุภาคของโปรตอน แอนติโปรตอนนั้นเสถียร แต่โดยทั่วไปมีอายุสั้น เพราะการชนกับโปรตอนจะทำให้อนุภาคทั้งสองประลัยในการระเบิดของพลังงาน ฟิสิกส์นิวเคลียร์
กับการค้นพบนิวตรอน นักวิทยาศาสตร์ในที่สุดก็สามารถคำนวณสิ่งที่เป็นส่วนย่อยของพลังงานยึดเหนี่ยวที่แต่ละนิวเคลียสมีอยู่ จากการเปรียบเทียบมวลของนิวเคลียสกับมวลของโปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสขึ้นมา ความแตกต่างระหว่างมวลของนิวเคลียสจะถูกคำนวณในลักษณะนี้และ เมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์ถูกวัด ถูกพบว่าเป็นไปตามการคำนวณของ Einstein ของความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงานภายใน 1% ณ ปี 1934 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] นิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสทั้งหลายจะยึดเหนึ่ยวอยู่ด้วยกันด้วยแรงแข็งแกร่งที่เหลือ (แรงนิวเคลียร์) แรงแข็งแกร่งที่เหลือเป็นส่วนที่เหลือเล็กน้อยของอันตรกิริยาอย่างเข้มที่ยึดเหนี่ยวกลุ่มควาร์กเข้าด้วยกันเพื่อก่อตัวเป็นกลุ่มโปรตอนและกลุ่มนิวตรอน แรงนี้จะมีค่าอ่อนอย่างมากระหว่างกลุ่มนิวตรอนและกลุ่มโปรตอนเพราะส่วนใหญ่มันจะถูกปรับให้เป็นกลางภายในกลุ่มพวกมัน ในทางเดียวกันกับที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้​​าระหว่างกลุ่มอะตอมที่เป็นกลาง (เช่นแรงแวนเดอร์วาลส์ ที่กระทำระหว่างสองอะตอมของก๊าซเฉื่อย) จะมีค่าที่อ่อนอย่างมากกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้​​าที่ยึดเหนี่ยวหลายส่วนของอะตอมเข้าด้วยกันอยู่ภายใน (เช่นแรงต่าง ๆ ที่ยึดกลุ่มอิเล็กตรอนในอะตอมก๊าซเฉื่อยชนิดหนึ่งให้ผูกติดไว้กับนิวเคลียสของมัน) การจับยึดนิวตรอน
การจับยึดนิวตรอน () เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหนึ่งที่ นิวเคลียสของอะตอม หนึ่งตัวและ นิวตรอน หนึ่งตัวหรือมากกว่ามีการชนกันและรวมเข้าด้วยกันทำให้เกิดเป็นนิวเคลียสตัวใหม่ที่หนักขึ้น เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า พวกมันจึงสามารถแทรกตัวเข้าสู่นิวเคลียสได้ง่ายกว่าโปรตอนประจุบวก ซึ่งจะถูกไล่ออกไปโดยไฟฟ้าสถิต 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) 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) นิวเคลียสของอะตอม
ในแบบจำลองดังกล่าวข้างต้น พวกนิวคลีออนอาจครอบครองวงโคจรเป็นคู่ เนื่องจากพวกมันอยู่ในตระกูลเฟอร์มิออน ซึ่งจะช่วยในการอธิบาย ผลกระทบของ" Z " และ " N "แบบคู่และคี่ ที่รู้จักกันดีจากการทดลองหลายครั้ง ธรรมชาติและความจุที่แท้จริงของเปลือกนิวเคลียร์จะแตกต่างจากบรรดาอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอม เบื้องต้นเป็นเพราะหลุมศักยภาพในที่ซึ่งการเคลื่อนที่ของนิวคลีออน (โดยเฉพาะในนิวเคลียสขนาดใหญ่) จะค่อนข้างแตกต่างจากหลุมศักยภาพแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนกลางที่หลุมนี้จะยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนไว้ในอะตอม. ความคล้ายคลึงกับรูปแบบการโคจรของอะตอมบางอย่างอาจจะเห็นได้ในนิวเคลียสขนาดเล็กเช่นที่ ฮีเลียม-4 ซึ่งในสารชนิดนี้สองโปรตอนและสองนิวตรอนจะแยกกันครอบครองวงโคจรที่ 1s คล้ายคลึงกับวงโคจร 1s สำหรับสองอิเล็กตรอนในอะตอมของฮีเลียม และบรรลุความมั่นคงที่ผิดปกติด้วยเหตุผลเดียวกัน ทุกนิวเคลียสที่มีนิวคลีออน 5 ตัวก็จะยังไม่มั่นคงและอายุสั้นอย่างมาก ฮีเลียม-3 ที่มี 3 นิวคลีออน มีเสถียรภาพมากแม้ว่าจะขาดการปิดของเปลือกวงโคจร 1s นิวเคลียสอื่นที่มี 3 นิวคลีออน, ไทรทัน (ไฮโดรเจน-3) จะไม่เสถียรและจะสลายตัวไปเป็นฮีเลียม-3 เมื่อถูกแยก. ความมั่นคงที่อ่อนแอของนิวเคลียร์ที่มี 2 นิวคลีออน {NP} ในวงโคจร 1s จะพบในดิวเทอรอน (ไฮโดรเจน-2) ที่มีเพียงหนึ่งนิวคลีออนเท่านั้นในแต่ละหลุมศักยภาพโปรตอนและหลุมศักยภาพนิวตรอน ในขณะที่แต่ละนิวคลีออนเป็นเฟอร์มิออนตัวหนึ่ง {NP} ดืวเทอรอนจะเป็นโบซอน ดังนั้นมันจึงไม่เป็นไปตาม'การยกเว้นของ Pauli' สำหรับการจับกลุ่มอย่างใกล้ชิดภายในเปลือก ลิเธียม-6 ที่มี 6 นิวคลีออนจะเสถียรอย่างมากโดยปราศจากการปิดของวงโคจร 1p ที่สองของเปลือก สำหรับนิวเคลียสเบาที่มีจำนวนนิวคลีออนรวมตั้งแต่ 1 ถึง 6 เฉพาะพวกที่มีแค่ 5 จะไม่แสดงบางหลักฐานของความมั่นคง ข้อสังเกตของเสถียรภาพแบบบีตาของนิวเคลียสเบาด้านนอกเปลือกหอยที่ปิดแสดงให้เห็นว่าความมั่นคงนิวเคลียร์จะมีความซับซ้อนมากกว่าการปิดที่เรียบง่ายของวงโคจรเปลือกหอยที่มี เลขมายา ของโปรตอนและนิวตรอน 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. เลขอะตอม
เลขอะตอม (atomic number) หมายถึงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้นๆ หรือหมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบนิวเคลียสของอะตอมที่เป็นกลาง เช่น ไฮโดรเจน (H) มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ตารางธาตุ
ในตารางธาตุมาตรฐาน ธาตุจะถูกเรียงตามเลขอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม) ที่เพิ่มขึ้น คาบใหม่จะมีได้ก็ต่อเมื่อวงอิเล็กตรอนใหม่มีอิเล็กตรอนอยู่ในวงอย่างน้อยหนึ่งตัว หมู่จะกำหนดตามการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม ธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเดียวกันในวงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดจะถูกจัดให้อยู่ในหมู่เดียวกัน (เช่น ออกซิเจน กับซีลีเนียม อยู่ในหมู่เดียวกันเพราะว่าพวกมันมีอิเล็กตรอน 4 ตัวในวงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดเหมือนกัน) โดยทั่วไป ธาตุที่สมบัติทางเคมีคล้ายกันจะถูกจัดในหมู่เดียวกัน ถึงแม้จะเป็นในบล็อก-f ก็ตาม และธาตุบางตัวในบล็อก-d มีธาตุที่มีสมบัติเหมือนกันในคาบเดียวกันเช่นกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะทำนายสมบัติทางเคมีของธาตุเหล่านั้น ถ้ารู้ว่าธาตุรอบ ๆ นั้นมีคุณสมบัติอย่างไร[3] นิวตรอน
p+ + e- → n0 + Ve 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] 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 ฟิสิกส์นิวเคลียร์
ในปี 1932 Chadwick ตระหนักว่าการแผ่รังสีที่ได้รับการตรวจสอบโดยนายวอลเธอร์ Bothe นายเฮอร์เบิร์ท เบกเกอร์ นางไอรีนและนาย Frédéric Joliot-Curie เป็นจริงเนื่องจากอนุภาคที่เป็นกลางที่มีมวลเหมือนกับโปรตอน ที่เขาเรียกว่านิวตรอน (ตามข้อเสนอแนะเกี่ยวกับความจำเป็นสำหรับอนุภาคดังกล่าวโดย Rutherford) ในปีเดียวกันนาย Dmitri Ivanenko แนะนำว่านิวตรอนที่จริงเป็นอนุภาคที่มีสปินเท่ากับ 1/2 และแนะนำอีกว่านิวเคลียสที่มีนิวตรอนเพื่อที่จะอธิบายว่ามวลไม่ได้มีแต่โปรตอนเท่านั้น และว่าไม่มีอิเล็กตรอนในนิวเคลียส - มีแต่โปรตอนและนิวตรอนเท่านั้น สปินของนิวตรอนแก้ปัญหาได้ทันทีในปัญหาของสปินของไนโตรเจน-14 โดยเป็นโปรตอนไม่จับคู่หนึ่งตัวกับนิวตรอนไม่จับคู่อีกหนึ่งตัว แต่ละตัวมีสปินที่ 1/2 ในทิศทางเดียวกัน ทำให้สปินรวมสุดท้ายเท่ากับ 1 อะตอม
การสลายปลดปล่อยอนุภาคอัลฟา เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคอัลฟาออกมา คือนิวเคลียสฮีเลียมที่ประกอบด้วยโปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว ผลจากการแผ่รังสีชนิดนี้จะได้ธาตุใหม่ที่มีเลขอะตอมน้อยลง การสลายปลดปล่อยอนุภาคบีตา เกิดขึ้นเนื่องจากแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน เป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงนิวตรอนกลายไปเป็นโปรตอน หรือโปรตอนกลายเป็นนิวตรอน แบบแรกคือการแผ่อิเล็กตรอน 1 ตัวกับแอนตินิวตริโน 1 ตัว ส่วนแบบที่สองเป็นการแผ่โพสิตรอน 1 ตัวกับ นิวตริโน 1 ตัว การแผ่อนุภาคของอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนนั้นเรียกว่าอนุภาคบีตา ผลจากการแผ่รังสีชนิดนี้อาจทำให้เลขอะตอมของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างละ 1 หน่วย การสลายปลดปล่อยอนุภาคแกมมา เป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของนิวเคลียสไปยังระดับที่ต่ำกว่า ทำให้เกิดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อาจเกิดขึ้นหลังจากมีการปลดปล่อยอนุภาคอัลฟาหรือบีตาในการสลายตัวของกัมมันตรังสีแล้วก็ได้ 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 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] อะตอม
ในแบบจำลองมาตรฐานทางฟิสิกส์ ทั้งโปรตอนและนิวตรอนต่างประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานเรียกว่า ควาร์ก ควาร์กเป็นหนึ่งในสองชนิดของกลุ่มอนุภาคเฟอร์มิออนซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร องค์ประกอบอีกตัวหนึ่งคือเลปตอน ซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบ ควาร์กมีอยู่ 6 ประเภท แต่ละประเภทมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วนที่แตกต่างกันคือ +2/3 หรือ −1/3 โปรตอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 2 ตัวและดาวน์ควาร์ก 1 ตัว ขณะที่นิวตรอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 1 ตัวและดาวน์ควาร์ก 2 ตัว ความแตกต่างนี้เป็นตัวบ่งบอกถึงความแตกต่างของมวลและประจุระหว่างอนุภาคสองชนิด ควาร์กยึดเหนี่ยวกันไว้ได้ด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งเป็นลักษณะของกลูออน กลูออนเป็นอนุภาคชนิดหนึ่งในตระกูลเกจโบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานทางด้านแรงปฏิกิริยาทางฟิสิกส์[47][48] นิวตรอน
การกักโพซิตรอนด้วยนิวตรอนภายในนิวเคลียสที่มีนิวตรอนมากเกินไปสามารถเกิดขึ้นได้ แต่จะถูกกีดกันจากนิวเคลียส และจะถูกทำลายล้างลงเมื่อปะทะกับอิเล็กตรอน ดาวนิวตรอน
ในปี ค.ศ. 1965 แอนโทนี่ เฮวิช นักดาราศาสตร์วิทยุชาวอังกฤษ และแซมูเอล โอกาเย่ นักดาราศาสตร์ชาวไนจีเรีย ได้ค้นพบ "แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุประหลาดในเนบิวลาปู" ซึ่งต่อมาคือดาวนิวตรอนในเนบิวลาปู ในปี ค.ศ. 1967 ไอโอซิฟ สโคลลอฟสกี้ ตรวจจับคลื่นวิทยุจากแหล่งกำเนิด Scorpion X-1 เป็นหลักฐานว่ามีดาวนิวตรอนอยู่ในนั้นจริง เลปตอน
เลปตอน () เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่มีสปิน (ฟิสิกส์)ครึ่งจำนวนเต็ม (สปิน ) และไม่ประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม เลปตอนแบ่งออกเป็นสองชั้นหลัก ได้แก่ เลปตอนที่มีประจุไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่า "เลปตอนที่เหมือนอิเล็กตรอน") และเล็ปตอนนิวทรัล (เล็ปตอนเป็นกลาง) (หรือที่เรียกว่า นิวทรืโน) เลปตอนที่มีประจุสามารถรวมกับอนุภาคอื่นกลายเป็น อนุภาคผสมหลายอย่าง เช่นอะตอมและโพซิโทรเนียม ในขณะที่นิวทริโนยากที่จะปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่น ดังนั้นมันจึงยากที่จะถูกพบเห็น พวกเลปตอนที่รู้จักกันดีคือ อิเล็กตรอน 
มีเลปตอนอยู่ทั้งสิ้น 6 ชนิด (flavour) แยกเป็น 3 ชั่วรุ่น () ชั่วรุ่นที่หนึ่งเรียกว่า "เลปตอนอิเล็กตรอน" ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (e) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สองคือ "เลปตอนมิวออน" ประกอบด้วย มิวออน (μ) และ มิวออนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สามคือ "เลปตอนเทา" ประกอบด้วย เทา (อนุภาค) (T) และ เทานิวตริโน (V) อิเล็กตรอนมีมวลน้อยที่สุดในหมู่เลปตอนที่มีประจุทั้งหมด มิวออนและเทาที่หนักที่สุดจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วไปเป็นอิเล็กตรอนผ่านทางกระบวนการของการสลายอนุภาค ซึ่งเป็นการแปลงจากสถานะมวลมากไปเป็นสถานะมวลน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเสถียรและเป็นเลปตอนแบบมีประจุที่พบมากที่สุดในจักรวาล ในขณะที่มิวออนและเทาสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้เพียงแต่ในการชนกันที่พลังงานฟิสิกส์ที่สูงเท่านั้น (เช่นพวกที่เกี่ยวกับรังสีคอสมิกและพวกที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาค แรงนิวเคลียร์
แรงนิวเคลียร์ () คือแรงระหว่างนิวคลีออนสองตัวหรือมากกว่านั้น เป็นเหตุของการยึดเหนี่ยวระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนให้อยู่ด้วยกันเป็นนิวเคลียสอะตอมได้ พลังงานนิวเคลียร์ยึดเหนี่ยวที่ปลดปล่อยออกมาทำให้มวลของนิวเคลียสน้อยกว่ามวลรวมของโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน แรงนี้เป็นแรงดูดที่มีกำลังแรงระหว่างนิวคลอนที่อยู่ห่างกันประมาณ 1 เฟมโตเมตร (fm) วัดจากจุดศูนย์กลาง แต่จะอ่อนกำลังลงอย่างรวดเร็วที่ระยะห่างมากกว่า 2.5 fm ที่ระยะใกล้กว่า 0.7 fm แรงนี้จะกลายเป็นแรงผลัก และเป็นตัวการสำหรับรูปร่างทางกายภาพของนิวเคลียส เพราะนิวคลีออนจะไม่สามารถเข้าใกล้กันมากกว่าที่แรงนี้ยอมให้เป็นไปได้ อะตอม
อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน เรียกตัวเลขนี้ว่า หมายเลขอะตอม ในธาตุชนิดหนึ่ง ๆ อาจมีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดค่าไอโซโทปของธาตุนั้น ๆ จำนวนโดยรวมของโปรตอนกับนิวตรอนเป็นตัวระบุนิวไคลด์ จำนวนนิวตรอนเทียบกับโปรตอนเป็นตัวกำหนดความเสถียรของนิวเคลียส และไอโซโทปที่ทำให้เกิดการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี[51] ตารางธาตุ
อิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นแรงดึงดูดของอะตอมที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนเข้ามา[29] อิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอะตอมหนึ่ง เป็นผลมาจากเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น และระยะห่างจากนิวเคลียสถึงวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยิ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเท่าไร ความสามารถที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนก็มากขึ้นเท่านั้น แนวคิดถูกเสนอครั้งแรกโดยไลนัส พอลลิง ใน พ.ศ. 2475[30] โดยทั่วไป อิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาตามคาบ และลดลงจากบนลงล่างตามหมู่ เพราะเหตุนี้ ฟลูออรีนจึงเป็นธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด และซีเซียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด อย่างน้อยธาตุเหล่านั้นก็ยังมีข้อมูลที่สามารถใช้ยืนยันได้[15] 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 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 การแผ่รังสีจากนิวตรอน
การแผ่รังสีจากนิวตรอน () เป็น การแผ่รังสีโดยการแตกตัวเป็นไอออน ชนิดหนึ่งซึ่งประกอบด้วยกลุ่มนิวตรอนอิสระที่เป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันหรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ปฏิกิริยาดังกล่าวจะทำให้มีการปลดปล่อยนิวตรอนอิสระจากอะตอม นิวตรอนอิสระเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมอื่น ๆ เพื่อก่อตัวเป็นไอโซโทปใหม่ซึ่งอาจเป็นผลให้มีการผลิตรังสี มหานวดารา
มหานวดาราจะทำลายดาวลงโดยสิ้นเชิง เหลือเพียงแต่ซากแกนกลางของดาว คือ ดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นดาวที่มีความหนาแน่นสูงมากเพราะเต็มไปด้วยนิวตรอนอัดแน่น ดาวนิวตรอนมักมีขนาดประมาณ 20 – 30 กิโลเมตรเท่านั้น แต่ถึงกระนั้นก้มีมวลเทียบได้กับดวงอาทิตย์ของเรา นอกจากดาวนิวตรอนแล้ว รอบๆ มหานวดาราก็จะเต็มไปด้วยเศษซากของดาว เรียกว่า ซากมหานวดารา (Supernova Remnant) แล้วก็เป็นต้นกำเนิดของเนบิวลาด้วยเช่นกัน ตารางธาตุ
ตารางธาตุทุกรูปแบบจะประกอบไปด้วยธาตุเคมีเท่านั้น ไม่มีสารผสม สารประกอบ หรืออนุภาคมูลฐาน[n 1] อยู่ในตารางธาตุด้วย ธาตุเคมีแต่ละตัวจะประกอบไปด้วยเลขอะตอม ซึ่งจะบ่งบอกจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้น ๆ ธาตุส่วนใหญ่จะมีจำนวนนิวตรอนแตกต่างกัน ท่ามกลางอะตอมที่แตกต่างกัน ซึ่งจะอยู่ในรูปของไอโซโทป เช่น คาร์บอน มีไอโซโทปที่ปรากฏในธรรมชาติ 3 ไอโซโทป โดยไอโซโทปของคาร์บอนส่วนใหญ่ที่ปรากฏในธรรมชาติจะประกอบไปด้วยโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัว แต่มีเพียง 1 เปอร์เซ็นต์ที่จะมีนิวตรอน 7 ตัว และมีโอกาสนิดเดียวที่จะพบคาร์บอนที่มีนิวตรอน 8 ตัว ไอโซโทปแต่ละไอโซโทปจะไม่ถูกแยกออกจากกันในตารางธาตุ พวกมันถูกจัดให้เป็นธาตุเดียวกันไปเลย ธาตุที่ไม่มีไอโซโทปที่เสถียรจะสามารถหามวลอะตอมได้จากไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของมัน โดยมวลอะตอมที่เสถียรที่สุดดังกล่าวจะแสดงในวงเล็บ[2] 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 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 มีซอน (อนุภาค)
ในฟิสิกส์ของอนุภาค มีซอน () ( หรือ ) คืออนุภาคย่อยในกลุ่มแฮดรอนที่ประกอบด้วยควาร์ก 1 ตัวและปฏิควาร์ก 1 ตัว เกาะเกี่ยวอยู่ด้วยกันด้วยแรงอย่างเข้ม เนื่องจากมีซอนประกอบด้วยอนุภาคย่อย มันจึงมีขนาดทางกายภาพ ด้วยเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณหนึ่งเฟมโตเมตร(10 เมตร) ซึ่งมีขนาดประมาณ ของหนึ่งโปรตอนหรือหนึ่งนิวตรอน มีซอนทั้งหมดไม่เสถียร ที่มีอายุยืนที่สุดเพียงไม่กี่หนึ่งส่วนร้อยของหนึ่งไมโครวินาทีเท่านั้น มีซอนที่มีประจุจะสลายตัว (บางครั้งผ่านทางอนุภาคระดับกลาง) กลายเป็นอิเล็กตรอนและนิวทริโน มีซอนที่ไม่มีประจุอาจสลายตัวไปเป็นโฟตอน นิวเคลียสของอะตอม
โปรตอนเป็นตัวกำหนดประจุทั้งหมดของนิวเคลียส นั่นคือตัวตนทางเคมีของมัน. นิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้​​า แต่ก็เป็นส่วนหนึ่งของ​​มวลของนิวเคลียสเกือบเท่ากับมวลของโปรตอน นิวตรอนเป็นตัวอธิบายปรากฏการณ์ของไอโซโทป - ความหลากหลายของสายพันธุ์ที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันแต่แตกต่างกันเฉพาะในมวลอะตอมของพวกมันเท่านั้น ไม่ใช่ปฏิกิริยาทางเคมี 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 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 ()  นิวตรอน
ทั้งนี้ นิวตรอนในนิวเคลียสที่ไม่เสถียรก็สามารถสลายตัวในลักษณะนี้ได้ อย่างไรก็ตาม โปรตอนก็สามารถสลายตัวกลับเป็นนิวตรอนได้เช่นกันผ่านกระบวนการกักอิเล็กตรอน หรือกระบวนการย้อนกลับของการสลายให้อนุภาคบีตา และให้โพซิตรอนกับอิเล็กตรอนนิวตริโนชนิดละ 1 ตัวเช่นกัน ดังนี้ การหักเหนิวตรอน
การหักเหนิวตรอน () หรือ กระเจิงนิวตรอนแบบยืดหยุ่น () เป็นการประยุกต์ใช้การกระเจิงนิวตรอนในการกำหนดโครงสร้างของอะตอมและ/หรือโครงสร้างทางแม่เหล็กของวัสดุ ตัวอย่างที่จะทำการตรวจสอบจะถูกวางอยู่ในลำแสงของนิวตรอนความร้อนหรือนิวตรอนเย็นเพื่อสร้างรูปแบบการหักเหที่จะบอกข้อมูลของโครงสร้างของวัสดุนั้น เทคนิคนี้จะคล้ายกับการหักเหของรังสีเอกซ์แต่เนื่องจากคุณสมบัติการกระเจิงที่แตกต่างกันของพวกมัน นิวตรอนและรังสีเอกซ์จึงให้ข้อมูลที่เสริมกัน 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 ระดับอุณหภูมิของนิวตรอน
นิวตรอนเร็วสามารถทำให้เป็นนิวตรอนความร้อนได้โดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหน่วง กระบวนการนี้ถูกกระทำโดย ตัวหน่วงนิวตรอน ในเครื่องปฏิกรณ์โดยทั่วไป น้ำหนัก, น้ำเบา หรือ แกรไฟต์ จะถูกใช้ในการหน่วงนิวตรอนนิวตรอนเย็นยิ่งยวด () เป็นนิวตรอนอิสระที่สามารถถูกเก็บไว้ในกับดักที่ทำจากวัสดุบางชนิด การแปลงภายใน
การแปลงภายใน () เป็นกระบวนการ การสลายให้กัมมันตรังสี ที่เมื่อ นิวเคลียส ที่ถูกกระตุ้นมีปฏิสัมพันธ์แบบ แม่เหล็กไฟฟ้า กับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจรของอะตอม ทำให้อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมา (พุ่งออกมา) จากอะตอม ดังนั้นในกระบวนการการแปลงภายใน อิเล็กตรอนพลังงานสูงตัวหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมกัมมันตรังสี แต่ไม่ได้มาจากนิวเคลียส ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนความเร็วสูงที่เกิดจากการแปลงภายในจึงไม่ใช่ อนุภาคบีตา เนื่องจากอนุภาคบีตาจะต้องมาจาก การสลายให้อนุภาคบีตา โดยที่พวกมันจะถูกสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการการสลายตัวของนิวเคลียส นิวตรอน
ภายในนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนจะยึดเหนี่ยวอยู่ด้วยกันด้วย แรงนิวเคลียร์ และนิวตรอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความมั่นคงของนิวเคลียส นิวตรอนถูกผลิตขึ้นแบบทำสำเนาในปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชั่น และ นิวเคลียร์ฟิชชัน พวกมันเป็นผู้สนับสนุนหลักใน การสังเคราะห์นิวเคลียส ขององค์ประกอบทางเคมีภายในดวงดาวผ่านกระบวนการฟิวชัน, ฟิชชั่นและ การจับยึดนิวตรอน อะตอม
ปี ค.ศ. 1918 รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบว่าประจุบวกภายในอะตอมแต่ละตัวจะมีจำนวนเท่ากับเลขจำนวนเต็มบวกของนิวเคลียสไฮโดรเจนเสมอ เขาลงความเห็นว่าภายในนิวเคลียสมีอนุภาคประจุบวกอยู่เรียกว่า โปรตอน อย่างไรก็ดี มวลของนิวเคลียสมักจะมากกว่าเลขเหล่านี้ ทำให้คาดการณ์กันว่ามวลส่วนที่เกินไปนั้นน่าจะเป็นของอนุภาคที่มีประจุเป็นกลาง (คือ นิวตรอน) 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] 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 นิวตรอน
ไดนิวตรอนเป็นอนุภาคสมมุติที่ประกอบไปด้วยนิวตรอน 2 ตัว และมีชีวิตอยู่ได้เพียงระยะเวลาสั้น ๆ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ เกิดจากฮีลิออน (นิวเคลียสเปลือยของฮีเลียม) ส่วนเททรานิวตรอนประกอบด้วยนิวตรอน 4 ตัว สมมุติขึ้นโดยทีมนักฟิสิกส์จากศูนย๋ปฏิบัติการ CNRS เพื่อศึกษาฟิสิกส์นิวเคลียร์ จากการสังเกตการสลายตัวของนิวเคลียสเบริลเลียม-14 แต่ได้รับความสนใจเพียงน้อยนิดเนื่องจากทฤษฎีปัจจุบันเห็นเพียงกลุ่มอนุภาคที่ไม่เสถียรเท่านั้น อะตอม
อะตอม (Greek: άτομον; English: Atom) คือหน่วยพื้นฐานของสสาร ประกอบด้วยส่วนของนิวเคลียสที่หนาแน่นมากอยู่ตรงศูนย์กลาง ล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกกับนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า (ยกเว้นในกรณีของ ไฮโดรเจน-1 ซึ่งเป็นนิวไคลด์ชนิดเดียวที่เสถียรโดยไม่มีนิวตรอนเลย) อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน กลุ่มของอะตอมสามารถดึงดูดกันและกันก่อตัวเป็นโมเลกุลได้ อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า มิฉะนั้นแล้วมันอาจมีประจุเป็นบวก (เพราะขาดอิเล็กตรอน) หรือลบ (เพราะมีอิเล็กตรอนเกิน) ซึ่งเรียกว่า ไอออน เราจัดประเภทของอะตอมด้วยจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนเป็นตัวบ่งบอกชนิดของธาตุเคมี และจำนวนนิวตรอนบ่งบอกชนิดไอโซโทปของธาตุนั้น[1] นิวเคลียสของอะตอม
โปรตอนและนิวตรอนเป็นพวกเฟอร์มิออน ที่มีเลขควอนตัมแบบ isospin ที่แข็งแกร่ง () ที่แตกต่างกัน ดังนั้นสองโปรตอนและสองนิวตรอนสามารถแชร์การทำงานแบบคลื่น () ในพื้นที่เดียวกันได้เนื่องจากพวกมันมีตัวตนแบบควอนตัมไม่เหมือนกัน บางครั้งพวกมันถูกมองว่าเป็นอนุภาคเดียวกันแต่มีสภาวะควอนตัมสองสภาวะที่แตกต่างกัน นั่นคือเป็น "นิวคลีออน". อนุภาคในกลุ่มเฟอร์มีออนสองตัว เช่นสองโปรตอน หรือสองนิวตรอน หรือโปรตอนหนึ่งตัว + นิวตรอนหนึ่งตัว (เป็นดิวเทอรอน) สามารถแสดงพฤติกรรมแบบโบซอน เมื่อพวกมันถูกผูกเข้าด้วยกันเป็นคู่อย่างหลวม ๆ ที่มีสปินเป็นจำนวนเต็ม นิวตรอน
การใช้รังสีนิวตรอนอีกประการหนึ่งคือการตรวจสอบของนิวเคลียสเบา โดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮโดรเจนที่พบในโมเลกุลของน้ำ เมื่อนิวตรอนเร็วชนกับนิวเคลียสเบา มันจะสูญเสียส่วนใหญ่ของพลังงานของมัน โดยการวัดอัตราที่นิวตรอนช้าจะวิ่งกลับมาที่หัววัดหลังจากที่สะท้อนออกจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน หัววัดนิวตรอนอาจสามารถกำหนดเนื้อหาของน้ำในดิน นิวเคลียสของอะตอม
นิวตรอนมีประจุบวก มีรัศมี ≈ 0.3 เฟมโตเมตรล้อมรอบด้วยประจุลบชดเชยด้วยรัศมีระหว่าง 0.3 เฟมโตเมตรถึง 2 เฟมโตเมตร โปรตอนมีการกระจายประจุบวกที่สลายตัวแบบเอ็กโปเนนเชียลด้วยรัศมีกำลังสองเฉลี่ย () ประมาณ 0.8 เฟมโตเมตร ดาวนิวตรอน
ในปี ค.ศ. 1934 หลังเซอร์ เจมส์ แชดวิกได้พบนิวตรอนเป็นองค์ประกอบในนิวเคลียสของอะตอมเป็นเวลาปีเศษ วอลเตอร์ บาด์ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน และฟริทซ์ สวิกกี้ นักดาราศาสตร์ชาวสวิตเซอร์แลนด์ได้ทำนายการมีอยู่ของดาวนิวตรอน ซึ่งเชื่อว่าอยู่ในภายในซูเปอร์โนวา  อนุภาคบีตา
กระบวนการนี​้ถูกไกล่เกลี่ยโดยอันตรกิริยาอย่างอ่อน นิวตรอนจะกลายเป็นโปรตอนผ่านการปล่อยออกมาของ W-โบซอนเสมือน ในระดับควาร์ก การปลดปล่อย W- เปลี่ยนดาวน์ควาร์กให้เป็นอัพควาร์ก, เปลี่ยนนิวตรอน (หนึ่งอัพควาร์กและสองดาวน์ควาร์ก) ให้เป็นโปรตอน (สองอัพควาร์กและหนึ่งดาวน์ควาร์ก) จากนั้น W-โบซอนเสมือนจะสลายตัวกลายเป็นอิเล็กตรอนและปฏินิวทรืโน นิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสถูกค้นพบในปี 1911 ซึ่งเป็นผลมาจากความพยายามของ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ในการทดสอบแบบจำลองอะตอมของทอมสัน อิเล็กตรอนถูกค้นพบก่อนหน้านี้โดยตัวของ เจ. เจ. ทอมสัน เอง เขารู้ว่าอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้​​า ดังนั้นทอมสันจึงตั้งเป็นทฤษฎีขึ้นว่ามันต้องมีประจุบวกอยู่ในอะตอมเช่นกัน ในรูปแบบเหมือนกับขนมปังลูกเกด(พลัมพุดดิ้ง)ของเขา ทอมสันชี้ให้เห็นว่าอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่เป็นลบกระจายตัวแบบสุ่มภายในทรงกลมของประจุบวก เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดในภายหลังได้หาทางทดสอบแบบใหม่ที่ดำเนินการโดย ฮันส์ ไกเกอร์ และ เออร์เนสต์ มาร์สเดน ภายใต้การดูแลของรัทเทอร์ฟอร์ด การทดสอบเกี่ยวข้องกับการเบี่ยงเบนของกลุ่มอนุภาคแอลฟา (นิวเคลียสของฮีเลียม) ที่ถูกนำทางให้พุ่งเข้าใส่แผ่นบาง ๆ ของฟอยล์โลหะ เขาให้เหตุผลว่าถ้าแบบจำลองของทอมสันถูกต้องกลุ่มอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวกจะทะลุแผ่นฟอยล์ได้อย่างง่ายดายโดยมีความเบี่ยงเบนในเส้นทางน้อยมาก เนื่องจากฟอยล์ควรทำหน้าที่เป็นกลางทางไฟฟ้าถ้าประจุบวกและประจุลบผสมกันอย่างสนิทแนบแน่นเสียจนทำให้มันกลายเป็นกลาง เขาต้องประหลาดใจเมื่อพบว่าอนุภาคจำนวนมากถูกหักเหเป็นมุมที่มีขนาดใหญ่มาก ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่ามวลของอนุภาคอัลฟาใหญ่กว่าอิเล็กตรอนประมาณ 8000 เท่า แรงของมันจึงปรากฏเป็นที่ชัดเจนว่ามีความแข็งแกร่งมากจนสามารถเบี่ยงเบนอนุภาคแอลฟาที่มีมวลขนาดใหญ่และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง เขาตระหนักว่าแบบจำลองแบบขนมปังลูกเกดอาจจะไม่ถูกต้องและว่าการหักเหของอนุภาคแอลฟาจะสามารถอธิบายได้ถ้าประจุบวกและลบถูกแยกออกจากกันและมวลของอะตอมเป็นจุดที่มีความเข้มข้นของประจุบวกเท่านั้น นี้แสดงถึงความถูกต้องของความคิดของอะตอมของนิวเคลียร์ที่ว่ามีศูนย์กลางที่หนาแน่นของประจุบวกและมวล เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ สารดูดกลืนนิวตรอน (English: neutron poison หรือ neutron absorber)[3] และ ตัวหน่วงความเร็วนิวตรอน (English: Neutron moderator) สามารถลดปริมาณบางส่วนของนิวตรอนที่จะไปทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชัน ทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ลดลง[4] เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไปมักจะมีระบบอัตโนมัติและคู่มือที่จะปิดปฏิกิริยาฟิชชันลงหากระบบการตรวจสอบตรวจพบสภาวะที่ไม่ปลอดภัย[5]. นิวตัน (หน่วย)
formula_1 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 ไอโซโทป
ไอโซโทป () เป็นความแตกต่างขององค์ประกอบทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงของธาตุนั้นซึ่งจะแตกต่างกันในจำนวนของนิวตรอน นั่นคืออะตอมทั้งหลายของธาตุชนิดเดียวกัน จะมีจำนวนโปรตอนหรือเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน ส่งผลให้เลขมวล(โปรตอน+นิวตรอน)ต่างกันด้วย และเรียกเป็นไอโซโทปของธาตุนั้น ๆ. นิวตรอน
เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด เป็นผู้ตั้งทฤษฎีการมีอยู่ของนิวตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1920 โดยเขาพบว่าอะตอมของธาตุทุกชนิด เลขมวลจะมีค่าใกล้เคียงกับ 2 เท่าของเลขอะตอมเสมอ จึงสันนิษฐานได้ว่ามีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่ยังไม่ถูกค้นพบ อะตอม
ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียส[note 1] โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน ธาตุแต่ละตัวจะมีอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทปที่มีนิวเคลียสซึ่งไม่เสถียรและเกิดการเสื่อมสลายโดยการแผ่รังสี ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการแปรนิวเคลียสที่ทำให้จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงไป[4] อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมีระดับพลังงานที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของวงโคจรอะตอม และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม 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 ตัวหน่วงนิวตรอน
การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา "การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง" formula_3 ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม formula_4 ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย: ฟิสิกส์นิวเคลียร์
ด้วยเอกสารของ Yukawa รูปแบบที่ทันสมัย​​ของอะตอมได้เสร็จสมบูรณ์แล้ว ศูนย์กลางของอะตอมจะมีลูกกลมแน่นของนิวตรอนและโปรตอน ซึ่งถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงนิวเคลียสที่แข็งแกร่ง นอกเสียจากว่ามันจะมีขนาดใหญ่เกินไป นิวเคลียสที่ไม่เสถียรอาจสลายตัวไห้แอลฟา ที่พวกนิวเคลียสปล่อยนิวเคลียสของฮีเลียมที่มีพลังออกมา หรือการสลายที่ให้บีตาพวกนิวเคลียสปลดปล่อยอิเล็กตรอน (หรือโพซิตรอน) ออกมา หลังจากหนึ่งในการสูญสลายเหล่านี้ นิวเคลียสที่เป็นผลลัพธ์อาจจะถูกปล่อยให้อยู่ในสภาพที่ถูกกระตุ้น และในกรณีนี้มันจะสูญสลายไปสู่สภาพพื้นดินโดยการปลดปล่อยโฟตอนพลังงานสูง (การสลายให้แกมมา) ตัวหน่วงนิวตรอน
formula_2 แฮดรอน
แฮดรอน () (, "hadrós", "stout, thick") ในสาขา ฟิสิกส์ของอนุภาค เป็น อนุภาคผสม ทำจาก ควาร์ก หลายตัวเกี่ยวพันอยู่ด้วยกันโดยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (เหมือนกับที่โมเลกุลเกี่ยวพันอยู่ด้วยกันด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า) ดาวนิวตรอน
จากแบบจำลองที่ได้รับความเชื่อถือในปัจจุบัน ดาวนิวตรอนมีเปลือกนอกเป็นของแข็งซึ่งเกิดจากการบีบอัดของนิวเคลียสธาตุเหล็ก มีความหนา 1 ไมล์ โดยมีทะเลของอิเล็กตรอนไหลอยู่ระหว่างช่องว่างของเปลือก ส่วนภายในเป็นของเหลวที่ประกอบด้วยนิวเคลียสมวลเบาของไฮโดรเจนและฮีเลียม และแก่นกลางก็น่าจะประกอบด้วยนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น เหล็ก เป็นต้น ถ้าหากอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่า 1 ล้านเคลวิน พื้นผิวจะมีความลื่นกว่าดาวนิวตรอนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ส่วนชั้นบรรยากาศของดาวนิวตรอนน่าจะมีความหนาเพียง 1 เมตรเท่านั้น .. อนุภาคมูลฐาน
โดยผ่านทางทฤษฎีควอนตัม โปรตอนและนิวตรอนถูกพบว่าประกอบด้วยควาร์กหลายตัว ได้แก่อัพควาร์กและดาวน์ควาร์ก ซึ่งในปัจจุบันถือว่าพวกนี้เป็นอนุภาคมูลฐาน และภายในโมเลกุลหนึ่ง สามองศาอิสระของอิเล็กตรอน (ประจุ, สปินและวงโคจร) สามารถแยกผ่านทาง wavefunction ออกเป็นสาม'อนุภาคคล้าย' () (Holon, spinon และ Orbiton) แต่อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ได้กำลังโคจรรอบนิวเคลียส จะขาดการเคลื่อนไหวในการโคจร และจะปรากฏในรูปที่แบ่งแยกไม่ได้ จึงยังคงถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน โปรตอน
โปรตอน (English: proton หรือ ภาษากรีก: πρώτον / proton = ตัวแรก) เป็น อนุภาคย่อยของอะตอม สัญลักษณ์ p หรือ p+ มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกมีค่าประจุมูลฐาน (English: elementary charge) เท่ากับ +1e และมีมวลน้อยกว่ามวลของนิวตรอนเล็กน้อย โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวมีมวลประมาณ 1 หน่วยมวลอะตอม (u) เมื่อโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส พวกมันจะทำตัวเป็น "นิวคลีออน" ในนิวเคลียสของอะตอมใด ๆ จะพบโปรตอนอย่างน้อยหนึ่งตัว จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติและเป็นตัวบอก เลขอะตอม ของธาตุนั้น คำว่าโปรตอนเป็นภาษากรีกแปลว่า "ตัวแรก" ชื่อนี้ถูกกำหนดให้กับนิวเคลียสของไฮโดรเจนโดยนาย Ernest Rutherford ในปี 1920 ในหลายปีก่อนหน้านั้น นายรัทเธอร์ฟอร์ดได้ค้นพบว่านิวเคลียสของไฮโดรเจน (ที่รู้กันว่าเป็นนิวเคลียสที่เบาที่สุด) สามารถสกัดดได้จากหลายนิวเคลียสของไนโตรเจนโดยการชนกัน เพราะฉะนั้น โปรตอนจึงเป็นตัวเลือกที่จะเป็นอนุภาคมูลฐานตัวหนึ่งและเป็นกล่องโครงสร้างของไนโตรเจนและนิวเคลียสของอะตอมหนักกว่าอื่น ๆ ทั้งหมด แบริออน
เนื่องจากแบริออนประกอบด้วยควาร์ก มันจึงประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม ในขณะที่พวกเลปตอน ซึ่งไม่มีส่วนประกอบของควาร์ก ไม่ต้องประสพ พวกแบริออนที่คุ้นเคยมากที่สุดคือ โปรตอน และ นิวตรอน ซึ่งประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ของสสารที่มองเห็นได้ในจักรวาล ขณะที่อิเล็กตรอน (ส่วนประกอบหลักอีกอย่างหนึ่งของอะตอม) เป็นเลปตอน  นิวตรอน
คำว่า "นิวตรอน" มาจากภาษากรีก neutral ที่แปลว่า เป็นกลาง อนุภาคย่อยของอะตอม
อิเล็กตรอนประจุลบมีมวลเท่ากับ 1/1836 ของมวลของอะตอมไฮโดรเจน มวลส่วนที่เหลือของอะตอมไฮโดรเจนมาจากโปรตอนประจุบวก เลขอะตอมของธาตุใด ๆ เป็นจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้น นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลางและมีมวลใหญ่กว่าโปรตอนเล็กน้อย ไอโซโทปที่แตกต่างกันของธาตุเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่จำนวนนิวตรอนแตกต่างกัน เลขมวลของไอโซโทปใด ๆ คือจำนวนรวมของนิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอนรวมกัน) นิวตรอน
จากบทความที่เขียนขึ้นในปี ค.ศ. 2007 ที่แสดงผลการวิเคราะห์แบบจำลองอิสระได้สรุปว่า นิวตรอนมีโครงสร้าง 3 ชั้น ชั้นนอกและแก่นมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนชั้นที่อยู่ระหว่างกลางเป็นประจุบวก [11] ลักษณะนี้สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดนิวตรอนจึงเกาะกลุ่มอยู่กับโปรตอน เนื่องจากชั้นนอกของนิวตรอนจะดึงดูดโปรตอนซึ่งเป็นบวกทางไฟฟ้านั่นเอง แฮดรอน
ส่วนที่เป็นแฮดรอน โปรตอนมีความเสถียร และนิวตรอนที่เกี่ยวพันอยู่ภายในนิวเคลียสของอะตอมก็มีความเสถียร แฮดรอนอื่นมีความไม่เสถียรภายใต้สภาวะทั่วไป นิวตรอนอิสระจะสลายด้วยครึ่งชีวิตที่ประมาณ 611 วินาฑี จากการทดลอง ฟิสิกส์ของแฮดรอนมีการศึกษาโดยการชนโปรตอนหลายตัวหริอหลายนิวเคลียสของสารประกอบหนักเช่นตะกั่วและทำการตรวจสอบเศษซากในสเก็ดของอนุภาคที่ถูกผลิตขึ้น อะตอม
อิเล็กตรอนที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสภาวะที่แตกต่างกันสองสภาวะ จะต้องดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนออกมาที่ระดับพลังงานหนึ่งซึ่งเท่ากับค่าแตกต่างของพลังงานศักย์ของสภาวะทั้งสอง พลังงานของโฟตอนที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสัดส่วนกับความถี่ของมัน ดังนั้นระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงจะมีช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์[91] ธาตุแต่ละชนิดจะมีสเปกตรัมเฉพาะ ขึ้นอยู่กับประจุนิวเคลียร์ ระดับพลังงานย่อยของอิเล็กตรอน อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอน และปัจจัยอื่น ๆ [92] ฟิสิกส์นิวเคลียร์
ประวัติที่มาของฟิสิกส์นิวเคลียร์แตกต่างจากฟิสิกส์ของอะตอมเริ่มต้นด้วยการค้นพบของกัมมันตภาพรังสีโดย อองรี Becquerel ในปี 1896 ขณะที่กำลังสืบสวนการเรืองแสงของฟอสฟอรัส () ในเกลือยูเรเนียม การค้นพบอิเล็กตรอนโดยนายเจ เจ ทอมสัน ในหนึ่งปีต่อมาก็บ่งชี้ว่าอะตอมมีโครงสร้างภายใน ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 รูปแบบที่ได้รับการยอมรับของอะตอมเป็นรูปแบบพลัมพุดดิ้งของเจเจทอมสันในที่ซึ่งอะตอมเป็นลูกกลมขนาดใหญ่ที่มีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนประจุลบขนาดเล็กที่ฝังอยู่ภายในของมัน ตัวหน่วงนิวตรอน
การหน่วงเป็นกระบวนการของการลดลงของพลังงานจลน์สูงช่วงเริ่มต้นของนิวตรอนอิสระ เนื่องจากพลังงานจะถูกอนุรักษ์ การลดลงของพลังงานจลน์ของนิวตรอนนี้จะเกิดขึ้นโดยการโอนพลังงานไปยังวัสดุที่เรียกว่าตัวหน่วง ตัวหน่วงยังเป็นที่รู้จักกันในนาม "ตัวชะลอนิวตรอน" เนื่องจากที่มาพร้อมกับการลดลงของพลังงานก็คือการลดความเร็วนั่นเอง แรงนิวเคลียร์
หลักการของแรงนิวเคลียร์เริ่มก่อสร้างขึ้นในปี 1934 ไม่นานหลังจากการค้นพบนิวตรอนซึ่งเผยให้เห็นว่า นิวเคลียสอะตอมประกอบขึ้นด้วยโปรตอนกับนิวตรอน ที่ยึดเหนี่ยวกันและกันเอาไว้ด้วยแรงดึงดูด เวลานั้นเชื่อกันว่าแรงนิวเคลียร์ถูกส่งผ่านด้วยอนุภาคที่เรียกว่า มีซอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ทำนายเอาไว้ในทฤษฎี ก่อนจะมีการค้นพบจริงในปี ค.ศ. 1947 ต่อมาในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 จึงมีความเข้าใจกันมากขึ้นว่า มีซอนเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของควาร์กและกลูออน ที่ส่งผ่านระหว่างนิวคลีออนโดยที่ตัวมันประกอบขึ้นจากควาร์กและกลูออน แบบจำลองใหม่นี้ทำให้อันตรกิริยาอย่างเข้มเป็นตัวยึดเหนี่ยวนิวคลีออนเอาไว้ด้วยกัน นิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสของอะตอมจะประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอนและอนุภาตโปรตอน ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นชัดถึงอนุภาคมูลฐานอื่น ๆ ที่เรียกว่าควาร์ก ที่จะถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง ในการผสมกันของอนุภาคที่เสถียรและแน่นอนชุดหนึ่งของแฮดรอนที่เรียกว่าแบริออน แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งจะขยายออกไปจนไกลพอจากแบริออนแต่ละตัวเพื่อที่จะหลอมรวมนิวตรอนและโปรตอนเข้าด้วยกันต้านกับแรงไฟฟ้​​าที่ผลักออกระหว่างโปรตอนด้วยกันที่มีประจุบวก แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งมีระยะทำการที่สั้นมากและเป็นลดลงเป็นศูนย์อย่างรวดเร็วเพียงแค่เลยขอบของนิวเคลียส การปฏิบัติการร่วมกันของนิวเคลียสประจุบวกก็คือเพื่อที่จะยึดอิเล็กตรอนประจุไฟฟ้าลบให้อยู่ในวงโคจรของพวกมันรอบนิวเคลียส การสะสมของอิเล็กตรอนประจุลบที่โคจรรอบนิวเคลียสจะแสดงความเป็นพี่น้องกันเพื่อการกำหนดรูปแบบการทำงานบางอย่างและจำนวนของอิเล็กตรอนที่จะทำให้วงโคจรของพวกมันมีเสถียรภาพ องค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมจะแสดงออกมาแบบไหนจะถูกกำหนดโดยจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสนั้น โดยที่อะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวนของอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสเท่ากันกับจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียส องค์ประกอบทางเคมีของแต่ละอะตอมจะสามารถสร้างรูปแบบการทำงานของอิเล็กตรอนที่มีเสถียรมากยิ่งขึ้นโดยการทำงานร่วมกันเพื่อแบ่งปันอิเล็กตรอนของพวกมัน การแบ่งปันของอิเล็กตรอนเพื่อสร้างวงโคจรรอบนิวเคลียสที่เสถียรทำให้เกิดวิชาการด้านเคมีของโลกแมคโครของเรา ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยาทั้งหลายที่เกิดกับนิวตรอนต่างๆมีความสำคัญในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ ในขณะที่ปฏิกิริยานิวตรอนที่รู้จักกันดีคือการกระเจิงของนิวตรอน (), การจับยึดนิวตรอนและนิวเคลียร์ฟิชชั่น สำหรับบางนิวเคลียสเบา (โดยเฉพาะ'นิวเคลียสแปลกแปลก') ปฏิกิริยากับนิวตรอนความร้อนส่วนใหญ่จะเป็นปฏิกิริยาแบบถ่ายโอน ดังนี้: นิวตรอน
นิวตรอนอิสระหรือนิวตรอนอิสระใด ๆ ของนิวเคลียสเป็นรูปแบบหนึ่งของ การแผ่รังสีจากการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นมันจึงเป็นอันตรายต่อชีวภาพโดยขึ้นอยู่กับปริมาณที่รับ[7] สนาม "พื้นหลังนิวตรอน" ขนาดเล็กในธรรมชาติของนิวตรอนอิสระจะมีอยู่บนโลก ซึ่งเกิดจากมิวออนรังสีคอสมิก และจากกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติขององค์ประกอบที่ทำฟิชชันได้ตามธรรมชาติในเปลือกโลก[8] แหล่งที่ผลิตนิวตรอนโดยเฉพาะเช่นเครื่องกำเนิดนิวตรอน, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อการวิจัยและแหล่งผลิตนิวตรอนแบบสปอลเลชัน (English: Spallation Source) ที่ผลิตนิวตรอนอิสระสำหรับการใช้งานในการฉายรังสีและในการทดลองการกระเจิงนิวตรอน เลปตอน
เลปตอนที่มีประจุตัวแรกคือ อิเล็กตรอน ถูกตั้งทฤษฎีในกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคน และถูกค้นพบในปี 1897 โดย J. J. Thomson. เลปตอนตัวต่อมาที่ถูกค้นพบคือมิวออน โดย Carl D. Anderson ในปี 1936 ซึ่งในขณะนั้นถูกระบุว่าเป็นมีซอน การศึกษาต่อมาพบว่า มิวออนไม่มีคุณสมบัติของมีซอนอย่างที่คาดไว้ แต่ประพฤฒิตัวเหมือนอิเล็กตรอน เพียงแต่มีมวลมากกว่า ต้องใช้เวลาถึงปี 1947 เพื่อให้ได้หลักการของ "เลปตอน" ว่าเป็นครอบครัวหนึ่งของอนุภาคที่จะถูกนำเสนอ นิวทริโน และ อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกนำเสนอโดย Wolfgang Pauli ในปี 1930 เพื่ออธิบายลักษณะที่แน่นอนของ การสลายให้อนุภาคบีตา มันถูกสังเกตเห็นในการทดลองของ Cowan–Reines ที่ดำเนินการโดย Clyde Cowan และ Frederick Reines ในปี 1956. มิวออนนิวทริโน ถูกค้นพบในปี 1962 โดย Leon M. Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger, และ เทา ถูกค้นพบระหว่างปี 1974 ถีงปี 1977 โดย Martin Lewis Perl และเพื่อนร่วมงานจาก Stanford Linear Accelerator Center และ Lawrence Berkeley National Laboratory. ขณะที่ เทานิวทริโน เพิ่งถูกประกาศการค้นพบ เมื่อ กรกฎาคม 2000 โดย DONUT collaboration จาก Fermilab 