neutron

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Présentation

neutron, particule élémentaire dont la charge électrique est neutre, et qui constitue, avec le proton, les noyaux atomiques (voir Atome). La masse d'un neutron est d'environ 1,67.10^-27 kg, très proche de celle du proton.

L'existence du neutron fut prédite en 1920 par le physicien britannique Ernest Rutherford, ainsi que par des scientifiques australiens et américains. Montrer l'existence du neutron se révéla difficile, la charge électrique du neutron étant nulle et la plupart des détecteurs de particules mettant en évidence la présence de particules chargées.

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Découverte

Le neutron fut identifié pour la première fois en 1932, par le physicien britannique James Chadwick, qui sut interpréter les résultats des expériences menées à cette époque par les physiciens français Irène et Frédéric Joliot-Curie. Ces derniers avaient constaté l'émission d'un rayonnement, jusque-là inconnu, produit par l'interaction des particules alpha avec des noyaux de béryllium. Ce rayonnement provoquait l'éjection de protons hors d'un bloc de paraffine. C'est de cette façon qu'il fut détecté. Chadwick découvrit que ce rayonnement était constitué de neutrons.

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Caractéristiques

Le neutron est une particule constituante de tous les noyaux atomiques de nombre de masse supérieur à 1, c'est-à-dire de tous les noyaux à l'exception de celui de l'hydrogène. Des réactions nucléaires produisent des neutrons libres situés en dehors du noyau de l'atome. Ces neutrons peuvent être éjectés des noyaux atomiques à différentes vitesses, ou différentes énergies, et sont facilement ralentis jusqu'à une très basse énergie par une série de collisions avec des noyaux légers, tels que ceux de l'hydrogène, du deutérium ou du carbone. (Pour en savoir plus sur le rôle des neutrons dans la production d'énergie, voir Nucléaire, énergie.) Une fois expulsé du noyau, le neutron est instable et se désintègre pour former un proton, un électron et un neutrino. De même que le proton et l'électron, le neutron, qui appartient à la classe des baryons, présente un spin de valeur ½. Il se comporte donc comme un petit aimant ; cette propriété permet la création de faisceaux de neutrons polarisés. Le neutron a une période radioactive d'environ 17 min. Voir Radioactivité.

L'antiparticule d'un neutron, appelée antineutron, a la même masse, le même spin et présente le même taux de désintégration bêta. Ces particules sont parfois produites dans les collisions entre antiprotons et protons, et elles possèdent un moment magnétique égal mais opposé à celui du neutron. Selon la théorie des particules actuelle, le neutron et l'antineutron, ainsi que d'autres particules nucléaires, sont eux-mêmes constitués de quarks.

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Neutrographie

La production de neutrons par réaction nucléaire a une application en pleine croissance dans la technique de la neutrographie. Dans cette technique, proche de la radiographie aux rayons X, l'information est obtenue en déterminant l'absorption d'un faisceau de neutrons provenant d'un réacteur nucléaire ou d'une source radio-isotopique puissante. De nombreuses substances, toutefois, telles que les métaux ne laissant pas passer les rayons X, peuvent être traversées par les neutrons ; d'autres substances (en particulier les composés hydrogénés), qui laissent passer les rayons X, sont opaques aux neutrons. La neutrographie consiste à exposer une feuille de métal fine à un faisceau de neutrons ayant pénétré l'objet à analyser. Les neutrons laissent une « image » radioactive invisible de l'objet sur la feuille. Une image visible est ensuite reconstituée en plaçant une pellicule photographique sur la feuille.

Utilisée pour la première fois en Europe dans les années 1930, la neutrographie a été largement employée depuis les années 1950 pour étudier les combustibles nucléaires et les autres composants des réacteurs. Plus récemment, elle a été utilisée pour examiner des dispositifs explosifs et les composants des véhicules spatiaux. Les faisceaux de neutrons sont largement utilisés de nos jours dans les sciences physiques et biologiques, ainsi qu'en technologie. L'analyse par activation neutronale est un important outil dans des domaines aussi variés que la paléontologie, l'archéologie et l'histoire de l'art.