자유 중성자

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자유 중성자(自由中性子, free neutron)는 원자핵에 속박되지 않고 독립적으로 존재하는 중성자를 말합니다. 다음은 자유 중성자에 대한 자세한 설명입니다.
자유 중성자의 특징:

• 불안정성: 자유 중성자는 불안정하여 평균 수명이 약 15분(881.5초)입니다.
• 베타 붕괴: 자유 중성자는 베타 붕괴를 통해 양성자, 전자, 그리고 반중성미자로 변환됩니다.
• n → p + e⁻ + ν̅e
• 전하: 중성자는 전하를 띠지 않아 전기적으로 중성입니다.
• 질량: 자유 중성자의 질량은 939.57 MeV/c²로, 양성자(938.28 MeV/c²)보다 약간 무겁습니다.
• 상호작용: 전하가 없기 때문에 물질과 상호작용이 약하며, 주로 원자핵과의 충돌을 통해 상호작용합니다. 이 때문에 투과력이 높습니다.

• 핵분열: 원자로 내에서 핵분열 반응을 통해 많은 양의 자유 중성자가 생성됩니다.
• 핵융합: 핵융합 반응에서도 자유 중성자가 생성됩니다.
• 중성자 발생 장치: 연구용 원자로나 파쇄원을 이용하여 자유 중성자를 생성할 수 있습니다.
• 자연 발생: 우주선(cosmic ray)이 지구 대기와 충돌하거나, 지구 지각 내 자연 방사성 원소의 붕괴로 인해 미량의 자유 중성자가 생성됩니다.

• 원자력 발전: 핵분열 연쇄 반응을 일으키는 핵심적인 역할을 합니다.
• 물질 분석: 중성자 산란, 중성자 회절 등의 방법을 통해 물질의 구조와 성질을 분석하는 데 사용됩니다.
• 의료: 중성자 포획 치료 등 암 치료에 활용됩니다.
• 고고학: 유물 연대 측정 및 분석에 사용됩니다.
• 산업 중성자는 재료의 특성을 비파괴적으로 분석하는 데 사용될 수 있습니다.

• 자유 중성자는 원자핵 내부에 결합되어 있을 때는 안정하지만, 핵 밖으로 나오면 불안정해집니다.
• 자유 중성자의 붕괴는 초기 우주에서 중요한 과정이었습니다.
• 자유 중성자는 생물학적 위험을 초래할 수 있습니다.