न्यूट्रॉन : प्रोटॉनापेक्षा (1H1) किंचित जास्त द्रव्यमान असलेला पण विद्युत् भाररहित मूलकण. सर्व अणूंच्या अणुकेंद्रामध्ये फक्त प्रोटॉन व न्यूट्रॉन हेच दोन प्रकारचे घटक मूलकण असतात. या दोन कणांमध्ये अणुकेंद्रीय प्रकारची एक विशिष्ट प्रेरणा असते. या प्रेरणेमुळे निरनिराळ्या अणूंमध्ये हे दोन प्रकारचे मूलकण निरनिराळ्या संख्येत बंधित होऊन त्यांपासून भिन्न मूलद्रव्ये निर्माण होतात. न्यूट्रॉनाला परिणामी विद्युत् भार जरी शून्य असला, तरी त्यास चुंबकीय परिबल [→ चुंबकत्व] आहे व त्यामुळे त्याची वर्तणूक एखाद्या सूक्ष्म चुंबकाप्रमाणे होत असते. चुंबकाचे परिबल त्यामधील गतिमान विद्युत् भाराशी संलग्न असते. त्यामुळे न्यूट्रॉनामध्ये सुद्धा अशाच प्रकारची परिस्थिती असेल असा निष्कर्ष मिळू शकतो. मुक्त न्यूट्रॉन हा किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारा) आहे व त्याचे प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि प्रतिन्यूट्रिनो [→ न्यूट्रिनो] या तीन मूलकणांमध्ये उत्स्फूर्तपणे विघटन होते. प्रतिन्यूट्रिनो या मूलकणास शून्यगती द्रव्यमान किंवा विद्युत् भार हे दोन्हीही नसतात. या विघटन क्रियेवरून न्यूट्रॉन हा वरील तीन घटक मूलकणांपासून बनला आहे असा निष्कर्ष काढला, तर तो मात्र चुकीचा होईल. एखाद्या वाद्याची तार छेडली असता त्यापासून ध्वनिस्वर मिळतो पण हा स्वर तारेचा घटक नसून तो प्रेषणाच्या क्षणी निर्माण केला जातो. याच न्यायाने न्यूट्रॉनाचे ज्या क्षणी वरील तीन कणांत रूपांतर होते त्याच क्षणी त्यांची निर्मिती होते असे समजले जाते. वरील विघटन क्रियेमुळे मुक्त न्यूट्रॉन निसर्गात आढळत नाहीत. अवकाशात उच्च परिभ्रमी गती असलेले तारे सापडलेले असून ते पूर्णपणे न्यूट्रॉनांपासून बनलेले आहेत याबद्दल पुरावा उपलब्ध आहे [→ पल्सार]. सर्वसाधारणपणे प्रयोगशाळेत अणुकेंद्राचे विघटन करून ते कृत्रिम रीत्या मिळवावे लागतात. न्यूट्रॉनावर विद्युत् भार नसल्यामुळे त्यांना उच्च प्रतीची भेदनक्षमता असते. यामुळे क्ष-किरण किंवा गॅमा किरण (क्ष-किरणांपेक्षाही कमी तरंगलांबी असलेले किरण) यांच्याऐवजी पदार्थ, स्फटिक इत्यादींच्या अंतर्रचनेचा अभ्यास करण्याकरिता न्यूट्रॉनांचा जास्त प्रभावीपणे उपयोग करता येतो.

न्यूट्रॉनाच्या शोधानंतर थोड्याच काळात याच्या आघातामुळे अनेक अणुकेंद्रांचे सुलभ रीतीने भंजन अथवा विघटन होते असे दिसून आले. या प्रकारच्या प्रयोगात काही परिस्थितींत एका न्यूट्रॉनाच्या आघातामुळे झालेल्या अणुभंजन विक्रियेमध्ये अनेक न्यूट्रॉन बाहेर टाकले जातात, असे आढळून येते. हे द्वितीयक न्यूट्रॉन भंजनाकरिता सक्षम असल्यामुळे एकंदर विक्रिया शृंखला विक्रियेचे स्वरूप घेऊ शकते. अणुकेंद्रीय विक्रियक (अणुभट्टी) अथवा अणुबाँब यांचे कार्य याच प्रकारच्या विक्रियेवर आधारित आहे [→ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी अणुबाँब].

इमारती, अवजड वाहने यांस काही इजा न करता फक्त त्या स्थानी असण्याऱ्या माणसांवर प्रारणाद्वारा (तरंगरूपी ऊर्जेद्वारा) परिणाम करून त्याचा नाश करणारा न्यूट्रॉन बाँब १९७७ मध्ये शोधून काढण्यात आला आहे. अणुबाँबच्या विस्फोटामुळे होणारे नुकसान हे त्यामुळे निर्माण झालेल्या प्रचंड तापमान व वायुदाब यांमुळे होते. याचा स्फोट झाल्यावर त्यापासून जी द्रव्ये मागे राहतात ती किरणोत्सर्गी असतात. त्यामुळे स्फोट झालेल्या क्षेत्रात जिवंत प्राणी जर काही दिवसांपर्यंत गेला, तर त्यास धोका असतो. याउलट न्यूट्रॉन बाँबमधून बाहेर पडणारे न्यूट्रॉन जिवंत प्राण्याच्या प्रत्यक्ष कोशिकावर (पेशींवर) घातक परिणाम करीत असल्यामुळे या बाँबचा धोका फक्त जिवंत प्राण्यासच राहतो. स्फोटाच्या नंतर राहणारी द्रव्ये किरणोत्सर्गी नसल्यामुळे स्फोट केल्यावर एक तासाच्या अवधीनंतर तेथे जाण्यास मनुष्यास काहीच धोका राहात नाही. न्यूट्रॉन बाँबमध्ये होणाऱ्या विक्रियेबद्दलची संपूर्ण माहिती हे एक लष्करी गुपित असल्यामुळे प्रसिद्ध करण्यात आलेली नाही पण यामध्ये टीएनटी या विस्फोटी द्रव्याच्या द्वारे एक अणुकेंद्रीय विक्रिया सक्रियित झाल्यामुळे प्रचंड न्यूट्रॉन स्रोताची निर्मिती होते असे समजते. ही विक्रिया संघटन स्वरूपाची (दोन अणुकेंद्रांचा संयोग होणे या स्वरूपाची) असते असेही कळते. या विक्रियेत उत्पन्न होणाऱ्या ऊर्जेचा ऱ्हास कोठे व कोणत्या रीतीने होतो आणि टीएनटीसारख्या द्रव्याच्या स्फोटाने संघटन विक्रिया कशी सक्रियित होते, या दोन महत्त्वाच्या प्रश्नांची उत्तरे उघड करण्यात आलेली नाहीत. नेहमीच्या हायड्रोजन बाँबमध्ये (जो संघटन विक्रियेवर आधारित आहे) ही विक्रिया अणुकेंद्रभंजन स्फोट केल्यामुळे निर्माण झालेल्या उच्च तापमानाने सक्रियित होते.

काही विक्रियांमध्ये आघाती न्यूट्रॉनांचे अणुकेंद्रे शोषण करतात तेव्हा त्यापासून विभिन्न अणूच्या किरणोत्सर्गी समस्थानिक जाती (अणुक्रमांक म्हणजे अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या तीच पण अणुभार भिन्न असलेले त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) मिळू शकतात. उदा., AI27 या लक्ष्यावर न्यूट्रॉनाचा आघात केला असता न्यूट्रॉनाचे शोषण होऊन त्यामधून आल्फा कणाचे उत्सर्जन होते व ॲल्युमिनियम अणूचे Na24 या सोडियमाच्या किरणोत्सर्गी समस्थानिक जातीत रूपांतर होते. Na24 याचे अर्धायुष्य (किरणोत्सर्गाची मूळची क्रियाशीलता निम्मी होण्यास लागणारा कालावधी) अंदाजे १५ तासांइतके असते आणि त्यापासून बीटा व गॅमा किरणांचे उत्सर्जन होते [→ किरणोत्सर्ग]. अशा प्रकारे बनलेल्या व निसर्गात न आढळणाऱ्या अणुप्रकाराचा रासायनिक, जैव व औद्योगिक प्रक्रियांच्या घटक टप्प्यांचे विश्लेषण करण्याकरिता मार्गणक म्हणून फार उपयोग होतो. वैद्यकीय शास्त्रात अशा किरणोत्सर्गी अणूचा उपयोग रोगनिदान अथवा कर्करोगासारख्या रोगाचे निर्मूलन करण्याकरिता केला जातो [→ अणुऊर्जेचे शांततामय उपयोग]. संशोधन कार्याकरिता (उदा., स्फटिक रचना व अणुकेंद्ररचना यांचा अभ्यास) न्यूट्रॉन हे एक फार प्रभावी साधन असे ठरते. जटिल रेणूच्या अंतर्गत रचनेचा शोध न्यूट्रॉन विवर्तनामुळे (पार्य किंवा अपार्य पदार्थाच्या कडेवरून जाताना होणाऱ्या दिशाबदलामुळे) करून घेता येतो. या प्रकारचे प्रयोग बऱ्याच अंशी क्ष-किरण विवर्तन प्रयोगासारखेच असतात [→ क्ष-किरण]. तुर्भे येथील भाभा अणू संशोधन केंद्रात अशा प्रकारचा एक संगणक (गणक यंत्र) नियंत्रित न्यूट्रॉन विवर्तनमापक तयार करण्यात आला आहे. संगणक नियंत्रण योजिल्यामुळे या उपकरणाची संवेदनक्षमता खूप वाढली आहे.

न्यूट्रॉनाचा शोध व आणवीय संरचना : अणूच्या अंतर्गत रचनेबद्दलची मीमांसा १९११ च्या सुमारास ई. रदरफर्ड यांनी त्यांच्या आल्फा कणाच्या प्रकीर्णन (विखुरण्याच्या) प्रयोगाच्या आधारे प्रथम केली. त्यांच्या कल्पनेप्रमाणे अणूंचे बहुतेक सर्व द्रव्यमान व त्यामधील धन विद्युत् भार त्याच्या केंद्रात (त्रिज्या अंदाजे १०-१२ ते १०-१३ सेंमी.) केंद्रीभूत झालेला असतो, तर इलेक्ट्रॉनांच्या स्वरूपात असलेला अणूमधील ऋण विद्युत् भार त्याच्या सभोवती असलेल्या सु. १०-८ सेंमी. त्रिज्येच्या गोलकावर वितरित केला गेलेला असतो. रूढ सैद्धांतिक विवेचनाप्रमाणे हे इलेक्ट्रॉन अणुकेंद्राभोवती भिन्न कक्षांमध्ये फिरत असतात असे मानले होते. अणूचे रासायनिक गुणधर्म त्याच्याभोवती अशा प्रकारे फिरत असणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येवर अवलंबून राहतात. प्रत्येक अणूकरिता दोन विशिष्ट अंक असतात अणूच्या अणूभार संख्येच्या जवळच्या पूर्णांकास अणूचा द्रव्यमानांक (A) असे म्हणतात. ⇨ आवर्त सारणीमधील अणूचा (मूलद्रव्याचा) अणूक्रमांक (Z) याने दर्शविला जातो. अणूमधील इलेक्ट्रॉनांची संख्या Z एवढी असते. या दोन अंकांमध्ये संगती लावण्याचे प्रयत्न चालू होते. सर्व मूलद्रव्ये हायड्रोजनापासून उत्पन्न झाली असावीत ही विल्यम प्राउट यांची १८१५ मधील कल्पना तिला अनुसरून अणुकेंद्रीय धन विद्युत् भार (Z) व द्रव्यमानांक (A) प्राप्त होण्यासाठी अणुकेंद्रात A प्रोटॉन व A–Z इतके इलेक्ट्रॉन असावेत अशी कल्पना प्रथम निघाली परंतु ⇨ पुंज यामिकी सिद्धांताप्रमाणे (अ) अणुकेंद्र त्रिज्या व ⇨ अनिश्चिततेचे तत्त्व, (आ) अणुकेंद्रीय परिवलन परिबल आणि इलेक्ट्रॉनाचे परिवलन परिबल [→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले], (इ) इलेक्ट्रॉनाचे व अणुकेंद्राचे सांख्यिकीय वर्तन [→ सांख्यिकीय भौतिकी] आणि (ई) त्याचे चुंबकीय परिबल या सर्व गोष्टी विचारात घेता अणूकेंद्रामध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन असतील हे शक्य दिसत नाही. आधुनिक सिद्धांताप्रमाणे काही किरणोत्सर्गी अणुकेंद्रांतून जे बीटा अथवा इलेक्ट्रॉन किरण बाहेर पडतात त्यांना अणुकेंद्रात घटक म्हणून स्वतंत्र अस्तित्व असत नाही. अणुकेंद्रात फक्त प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन हेच दोन घटक कण म्हणून उपस्थित असतात केंद्रातील न्यूट्रॉनाचे ज्या वेळी प्रोटॉनामध्ये रूपांतर होते त्या वेळी त्याचबरोबर मागे वर्णन केल्याप्रमाणे इलेक्ट्रॉन व प्रतिन्यूट्रिनो या कणांची निर्मिती होते. प्रोटॉन अणुकेंद्रातच राहतो पण इलेक्ट्रॉन आणि प्रतिन्यूट्रिनो अणुकेंद्रामधून उच्च गतीने बाहेर फेकले जातात. अणूकेंद्रातील ज्या न्यूट्रॉनाचे असे रूपांतर होते तो मुक्त नसून अणुकेंद्रीय प्रेरणेमुळे केंद्रातील इतर कणांबरोबर बंधित अवस्थेत असतो.

अणुकेंद्रांत प्रोटॉनांच्या बरोबरच सु. त्याच द्रव्यमानाचे पण विद्युत् भाररहित असे न्यूट्रॉन हे कण असावेत ही कल्पना रदरफर्ड यांनी १९२० मध्येच मांडली होती परंतु या कल्पनेस त्या वेळी सैद्धांतिक वा प्रायोगिक असा आधार नव्हता. नैसर्गिक आल्फा कणांच्या भडिमाराने कित्येक हलक्या मूलद्रव्यांच्या अणूंचे विघटन होऊन त्यांपासून लांब पल्ल्याचे प्रोटॉन बाहेर पडतात हे रदरफर्ड यांनी दाखविले होते. अशाच प्रकारच्या विक्रियेत डब्ल्यू. बोटे आणि एच्. बेकर यांनी १९३० साली पोलोनियमापासून निघणाऱ्या ५·३ Mev (Mev – दशलक्ष इलेक्ट्रॉन व्होल्ट) ऊर्जेच्या आल्फा कणांचा बेरिलियम या मूलद्रव्यावर भडिमार केला असता त्यापासून आयनीकरण (विद्युत् भारित अणू वा रेणूंत रूपांतरण) न करणारे पण अत्यंत भेदनक्षम असे प्रारण बाहेर पडते असे दाखविले. हे प्रारण गॅमा किरणरूपी असावे असे त्यांनी त्यांच्या उच्च भेदनक्षम शक्तीवरून गृहीत धरले. ईरेन झॉल्योक्यूरी व फ्रेदेरीक झॉल्यो यांनी १९३२ मध्ये या भेदनक्षम किरणांच्या मार्गात प्रोटॉनयुक्त पॅराफीन (मेण) ठेवले असता त्यापासून ५·७ Mev ऊर्जेचे प्रोटॉन बाहेर पडतात असे दाखविले. प्रोटॉनाला एवढी गति-ऊर्जा मिळण्याकरिता प्राथमिक प्रारण गॅमा स्वरूपाचे आहे असे मानले, तर त्याची ऊर्जा ५० Mev पेक्षा जास्त असावयास हवी, असे गणितीय रीतीने सिद्ध करता येते. गॅमा किरणांच्या ऊर्जेविषयीचा हा अंदाज या भेदनक्षम प्रारणाचे ज्या प्रमाणात शोषण होते त्याच्याशी विसंगत ठरतो. जेम्स चॅडविक यांनी बाष्पकोठीमध्ये हीलियम, नायट्रोजन इ. निरनिराळे वायू वापरून त्यांमध्ये या प्रारणाने बाहेर काढलेल्या कणाचा पल्ला व ऊर्जा यांचे मापन केले. हे सर्व प्रदत्त (माहिती) लक्षात घेता आपाती प्रारण विद्युत् भाररहित कणस्वरूपी आहे असे मानले, तर सर्व निरीक्षणे एकमेकांशी गणितीय दृष्ट्या सुसंगत होतात, असे त्यांनी दाखविले. प्रारणाने बाहेर काढलेल्या प्रोटॉन व नायट्रोजन कणांच्या महत्तम प्रत्याघाती ऊर्जेवरून प्राथमिक कणाचे द्रव्यमान प्रोटॉनाच्या द्रव्यमानापेक्षा थोडे जास्त असावे असा अंदाजसुद्धा करता आला. ड्यूटेरियमाच्या (अणुभार दोन असलेल्या हायड्रोजनाच्या समस्थानिकाच्या) कणाचे गॅमा किरणाद्वारा प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या दोन कणांमध्ये होणाऱ्या विघटनावरून चॅडविक व एम्. गोल्डहाबर यांनी न्यूट्रॉनाचे द्रव्यमान १·००८९८ आणवीय द्रव्यमान एकक असल्याचे सिद्ध केले. या सर्व गोष्टींवरून त्यांना सापडलेला नवीन मूलकण रदरफर्ड यांनी सुचविलेला न्यूट्रॉनच होय हे स्पष्ट झाले.

न्यूट्रॉनाच्या अणुकेंद्रीय अस्तित्वामुळे मूलद्रव्याच्या समस्थानिकाच्या केंद्रीय रचनेची मीमांसा करता येते. मूलद्रव्याचे रासायनिक गुणधर्म फार मोठ्या प्रमाणात त्याच्यामधील इलेक्ट्रॉनांच्या संख्येवर अवलंबून असतात. अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या इलेक्ट्रॉन संख्येएवढीच (Z) असते. यामुळे अणुकेंद्रीय न्यूट्रॉनांची संख्या बदलली, तर अणूचा क्रमांक बदलत नाही, फक्त त्याचे द्रव्यमान बदलते पण द्रव्याचे रासायनिक गुणधर्म मोठ्या प्रमाणात तेच राहत असल्यामुळे मूलद्रव्याचे स्वरूप बदलत नाही. मूलद्रव्याच्या समस्थानिकाकरिता अणुक्रमांक Z एकच असून त्याच्या ⇨ द्रव्यमानांकात फक्त फरक असतो. दुसऱ्या शब्दात हेच सांगावयाचे तर समस्थानिकाच्या अणूमध्ये प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांची संख्या एकच असून त्याच्या अणुकेंद्रात असणाऱ्या न्यूट्रॉनांच्या संख्येत मात्र फरक असतो. उदा., नेहमीच्या 11Na23 मध्ये ११ प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन असतात, तर त्याच्या अणुकेंद्रात १२ न्यूट्रॉन असतात. 11Na24 मध्ये केंद्रीय न्यूट्रॉनांची संख्या १३ असते. द्रव्य मानांक A व अणुक्रमांक Z असणाऱ्या अणूच्या केंद्रात Z प्रोट्रॉन व A–Z न्यूट्रॉन असतात आणि अणुकेंद्राच्या बाहेर Z इलेक्ट्रॉन असतात, ही मीमांसा डब्ल्यू. के. हायझेनबेर्क यांनी १९३२ मध्ये मांडली. अणुकेंद्रात असलेले प्रोटॉन एकमेकांपासून अत्यंत कमी अंतरावर असल्यामुळे (अणुकेंद्राची त्रिज्या ≈ १०-१३ सेंमी.) त्यांच्यामध्ये उच्च प्रतीची प्रतिसारण (एकमेकांना दूर लोटण्याची) प्रेरणा असणार हे उघड आहे. या प्रतिसारण प्रेरणेच्या विरुद्ध कार्य करून अणुकेंद्रातील सर्व कणांना एकमेकांशी संलग्न ठेवून त्या सर्वांची एक स्थिर संरचना करण्यासाठी प्रोटॉन-प्रोटॉन, प्रोटॉन-न्यूट्रॉन व न्यूट्रॉन-न्यूट्रॉन यांमध्ये प्रभावी आकर्षण प्रेरणा असली पाहिजे, हे स्पष्ट आहे. या प्रकारच्या अणुकेंद्रीय प्रेरणा काही ठराविक सूक्ष्म अंतरापर्यंतच प्रभावी असतात असे प्रयोगाने आढळले. या त्यांच्या गुणधर्मावरून त्यांस लघुक्षेत्री प्रेरणा अशी संज्ञा दिली जाते. वरील तिन्हीही जोड्यांमध्ये या प्रकारच्या प्रेरणेचे परिमाण एकाच प्रतीचे असते. अणुकेंद्राला स्थैर्य देण्यामध्ये न्यूट्रॉनाचा मोठा वाटा आहे हे वरील विवेचनावरून लक्षात येते.


उत्पत्ती व उत्पादन : प्रयोगशाळेत न्यूट्रॉन अणुकेंद्रीय विक्रियेपासूनच मिळतात. या कार्याकरिता खाली वर्णन केलेल्या पद्धती मुख्यत्वेकरून उपयोगात आणतात.

(α-n) विक्रिया : या पद्धतीमध्ये निसर्गतः आल्फा कणांचे उत्सर्जन करणाऱ्या किरणोत्सर्गी द्रव्याचे लिथियम किंवा बेरिलियम यासारख्या कमी अणुभार असलेल्या धातूच्या भुकटीबरोबर मिश्रण करतात. या कामाकरिता रेडियम व बेरिलियम यांचे जे मिश्रण उपयोगात आणले जाते, त्यामध्ये एक ग्रॅम द्रव्यमानाचे रेडियम ब्रोमाइड संयुगाच्या स्वरूपात असून बेरिलियम (४·५ ग्रॅम) भुकटीसह या सर्वांचे घनफळ ६–७ मिलि. एवढे असते आणि आकार २·५ सेंमी. व्यास व २·५ सेंमी. लांबीच्या दंडगोलाएवढा असतो. रेडियम व त्याच्या क्षयापासून निर्माण होणाऱ्या इतर द्रव्यापासून उत्सर्जित होणाऱ्या आल्फा कणाची ऊर्जा ४·७९ Mev ते ७·६८ Mev एवढी असते. रेडियमाचे अर्धायुष्य १६०० वर्षे एवढे आहे. त्यामुळे या उद्‌गमापासून मिळणाऱ्या न्यूट्रॉनाची ऊर्जा १–१२ Mev या कक्षेत असते. यापासून प्रती सेकंदास १·४ X १० न्यूट्रॉन या स्थिर त्वरेने मिळतात. एक ग्रॅम रेडियमाची आल्फा कण उत्सर्जन कार्यप्रवणता एक क्यूरीएवढी असते म्हणजे या द्रव्यमानाच्या द्रव्यात प्रती सेकंद ३·७ X १०१० एवढी विघटने होतात किंवा एवढेच आल्फा कण प्रती सेकंद बाहेर पडतात. यावरून एक न्यूट्रॉन बाहेर काढण्याकरिता सर्वसाधारणपणे २·६ X १० आल्फा कण बेरिलियम लक्ष्यावर पडणे आवश्यक असते, असे दिसते. वरील विक्रियेचे स्वरूप खालील समीकरणाने स्पष्ट होते.

Be9 + He4 → C12 +n1 + 5·71 Mev

या समीकरणाचे संक्षिप्त रूप Be9 (α, n) C12 असे लिहिले जाते. यात पहिले पद Be9 लक्ष्य दर्शविते. कंसातील पहिले पद आघात करणारा कण (α) व त्यानंतर येणारे चिन्ह विक्रियेमधून मिळणाऱ्या कणाचे स्वरूप (n) दाखविते. Be9 या अणूचे विक्रियेनंतर C12 मध्ये रूपांतर होते.

रेडियमाच्याऐवजी पोलोनियम द्रव्य (१ क्यूरी) जर बेरिलियमाबरोबर मिसळले, तर त्यापासून ३ X १० न्यूट्रॉन प्रती सेकंद मिळतात. पोलोनियमाचे अर्धायुष्य १४० दिवसांचे आहे. या पद्धतीमध्ये विशेष रासायनिक प्रक्रिया वापरून पोलोनियम शुद्ध करावे लागते व या उद्‌गमापासून मिळणाऱ्या न्यूट्रॉनांची त्वराही कमी असते. पोलोनियमाऐवजी कृत्रिम रीत्या मिळणारे प्लुटोनियम वापरले, तर न्यूट्रॉनांची त्वरा जास्त करता येते.

प्रकाशविघटन (γ -n) : सामान्य अकिरणोत्सर्गी मूलद्रव्ये अणुकेंद्रीय विक्रियकात ठेवून त्याचे तीव्र गॅमा किरणोत्सर्गी समस्थानिक मूलद्रव्यात रूपांतर करण्यात येते. या कृत्रिम रीत्या किरणोत्सर्गी बनविलेल्या मूलद्रव्यापासून मिळणारे गॅमा किरण ड्यूटेरियम अथवा बेरिलियम यासारख्या कमी अणुभाराच्या लक्ष्यावर टाकले असता त्यापासून न्यूट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. या मागील मुख्य विक्रिया Be9 (γ, n) Be8 किंवा D (γ, n) H1 या संक्षिप्त समीकरणाने दाखविता येतात. या विक्रियेतील मुख्य राशीबद्दलची माहिती कोष्टक क्र. १ मध्ये दिली आहे.

कोष्टक क्र. १ प्रकाशविघटन विक्रिया 

विक्रियेतील घटक 

अर्धायुष्य 

सरासरी न्यूट्रॉन ऊर्जा (Kev)

प्रती क्यूरी प्रती सेकंद मिळणारे न्यूट्रॉन X १०-४

Na24 + D2O

१४·८ तास

२२० 

२७ 

Na24 + Be

१४·८ तास 

८३० 

१३ 

Sb124 + Be

६० दिवस 

३० 

१९ 

D2O हे लक्ष्य जड पाण्यापासून मिळणाऱ्या बर्फापासून केलेले असते. वरील प्रदत्तामध्ये लक्ष्य एक ग्रॅम द्रव्यमानाचे असून ते गॅमा किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून एक सेंमी. अंतरावर ठेवले आहे असे गृहीत धरले आहे. प्रकाशविघटनापासून मिळणाऱ्या न्यूट्रॉन उत्सर्जनाची तीव्रता पहिल्या पद्धतीपेक्षा कमी असली, तरी मिळणारे न्यूट्रॉन जास्त प्रमाणात समऊर्जाधारी असतात. योग्य लक्ष्याची निवड करून निरनिराळ्या ऊर्जेचे न्यूट्रॉन या पद्धतीद्वारे मिळविणे शक्य होते. या उद्‌गमापासून मिळणाऱ्या न्यूट्रॉनाची ऊर्जा सर्वसाधारणपणे कमी म्हणजे २५ Kev ते १ Mev या पल्ल्यामध्ये असते.

कणवेगवर्धकाद्वारे प्रवेगित कण आघातजन्य विक्रिया : वरील दोन पद्धतींत उपलब्ध होणाऱ्या न्यूट्रॉनांपेक्षा जास्त उच्च व समऊर्जाधारी न्यूट्रॉन मिळविण्याकरिता व्हॅन डी ग्रॅफ जनित्र, सायक्लोट्रॉन यांसारख्या वेगवर्धकांनी [ → कणवेगवर्धक]  प्रवेगित केलेल्या प्रोटॉन, ड्यूटेरॉन वा आल्फा कण यांच्या भडिमारामुळे घडवून आणलेल्या विक्रिया वापरतात. (p, n) व (d, n) या विक्रियांमधून समऊर्जाधारी न्यूट्रॉनांचा विपुल पुरवठा मिळतो. यांपैकी (p, n) विक्रियेमध्ये Li7 (p, n) Be7 आणि H3 (p, n) He3 यांचा वापर सर्वांत जास्त केला जातो. या दोन्ही विक्रिया ऊर्जाग्राही आहेत म्हणजे विक्रिया होत असताना यांमध्ये ऊर्जेचे शोषण होते. उदा., पहिली विक्रिया सविस्तरपणे मांडली असता, 

Li7 +H1 → Be7+n1-1·647 Mev

यामध्ये १·६४७ Mev ऊर्जेचे शोषण केले जाते. अर्थात ही ऊर्जा आपाती कणाच्या गतिज ऊर्जेपासून मिळवली जाते. या विक्रियेपासून ऊत्सर्जित होणाऱ्या न्यूट्रॉनाची ऊर्जा २९·९ Kev पासून २ Mev पर्यंत असू शकते. हिचे मूल्य आपाती कणाची ऊर्जा आणि आपाती कणाची वेगदिशा व उत्सर्जित न्यूट्रॉनाची वेगदिशा यांमधील कोन यांवर अवलंबून असते.

H3 (p, n) He3 या विक्रियेकरिता

                    H3+H1→He3+n1-0·764 Mev

या समीकरणाची पूर्तता होते. सु. ६४ Kev यापेक्षा ऊर्जेचे न्यूट्रॉन यांपासून मिळतात. प्रत्येक आपाती कणाने ऊत्सर्जित केलेल्या न्यूट्रॉनांची संख्या ही या विक्रियेची निपज असे समजतात. न्यूट्रॉनांची निपज ही (१) आपाती कणाचे स्वरूप व ऊर्जा, (२) त्याकरिता विक्रियेचा काटच्छेद आणि (३) न्यूट्रॉनाची बाहेर पडण्याची दिशा या सर्व राशींमुळे निश्चित होते. लक्ष्यावर आपाती कण पडला असता त्याच्या आघातामुळे न्यूट्रॉनाचे उत्सर्जन होण्याची संभाव्यता विक्रियेच्या काटच्छेदाने किंवा प्रभावी क्षेत्रफळाने ठरते. या काटच्छेदाचे मूल्य आपाती कणाचे स्वरूप व ऊर्जा आणि लक्ष्याचे स्वरूप यांमुळे निश्चित होते.

पुढील प्रकारच्या (d, n) विक्रिया उपयोगात आणल्या जातात. H3 (d, n) He4 आणि H2 (d, n) He3 या दोन्हीही विक्रिया ऊर्जादायी आहेत म्हणजे या विक्रियेत ऊर्जा बाहेर टाकली जाते. तिचे मूल्य वरील विक्रियांमध्ये अनुक्रमे १७·६ Mev व ३·३ Mev एवढे असते. पहिल्या विक्रियेकरिता हायड्रोजनाचे ट्रिटियम H3 हे समस्थानिक रूप वापरतात. हा वायुरूप असल्यामुळे त्याचे धातुपटलावर अधिशोषण (पृष्ठभागावर धरून ठेवण्याची क्रिया) करून त्यावर उच्च वेगाच्या ड्यूटेरॉन कणाचा मारा करतात. दुसऱ्या प्रक्रियेत H2 म्हणजे ड्यूटेरियमाचाच उपयोग करण्यात येतो.

वर वर्णन केलेल्या पद्धती वापरून २ ते २० Mev ऊर्जेचे न्यूट्रॉन मिळविता येतात.

अपखंडन विक्रिया : प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या दोन प्रकारचेच घटक कण अणुकेंद्रात असल्यामुळे त्यांना न्यूक्लिऑन हे समाईक नाव दिले जाते. अणुकेंद्रात असताना न्यूक्लिऑनांची सरासरी बंधन ऊर्जा ७-८ Mev एवढी असते. ड्यूटेरॉन हा प्रोटॉन व न्यूटॉन या दोन घटक कणांपासून बनला आहे व त्यांमधील बंधन ऊर्जा ≈ २·२३ Mev एवढीच आहे. त्यामुळे कणवेगवर्धक यंत्रात ड्यूटेरॉनाला खूप मोठ्या प्रमाणात प्रवेगित करून एका अणूवर आदळू दिले, तर हा अणू आघाती कणामधील एकच न्यूक्लिऑन काढून घेतो. ड्यूटेरॉनाचा उरलेला घटक कण जवळजवळ पहिल्याच वेगाने धावत राहतो, या विक्रियेला अपखंडन विक्रिया म्हणतात. हिचे स्वरूप खालील समीकरणावरून स्पष्ट होईल.

X (Z, A) + d → C′ (Z+1, A+1) + n

यामध्ये ड्यूटेरॉन Z अणुक्रमांक व द्रव्यमानांक A असलेल्या X अणूवर आपटतो. आघाती कणातील प्रोटॉनाचे अणू अपखंडन करून शोषण करतो. त्यामुळे अणूचा क्रमांक Z+1 होतो व द्रव्यमानांक A+1 होतो. ड्यूटेरॉनाचा उरलेला घटक म्हणजे न्यूट्रॉन जवळजवळ त्याच्या मूळच्याच वेगाने जात राहतो. अशा रीतीने १९० Mev या ऊर्जेचे ड्यूटेरॉन बेरिलियमावर पडले असता त्यापासून ९० Mev या ऊर्जेचे न्यूट्रॉन मिळू शकतात. हलक्या अणुभाराच्या अणूबरोबर अती उच्च ऊर्जेच्या प्रोटॉनाचा आघात झाला, तर त्यामध्ये काही परिस्थितीत एक प्रकारचा विद्युत् भार-विनिमय होऊन आघाती कणाचे न्यूट्रॉनामध्ये रूपांतर होते. या विक्रियेमध्ये गतिज ऊर्जेची घट कमी प्रमाणात होत असल्यामुळे निर्माण झालेला न्यूट्रॉन तीव्र वेगीच असतो.

अणुकेंद्रीय विक्रियक : अणुकेंद्रीय विक्रियकापासून विपुल प्रमाणात न्यूट्रॉन (विशेषतः कमी ऊर्जेचे) मिळू शकतात. यामध्ये U235 सारख्या भंजनक्षम मूलद्रव्याचे प्राथमिक न्यूट्रॉनाद्वारे भंजन होऊन अंदाजे २·५ द्वितीयक न्यूट्रॉन बाहेर टाकले जातात. यामुळे विक्रियेची शृंखला चालू करता येते. निर्माण होणाऱ्या न्यूट्रॉनाचा ऊर्जा पल्ला रुंद असून त्याची उच्च मर्यादा ८ Mev पर्यंत असते, तर त्याची सरासरी ऊर्जा १·५ Mev एवढी असते. विक्रियकामध्ये न्यूट्रॉनाचा वेग कमी करण्याकरिता मंदायक द्रव्य वापरलेले असल्यामुळे प्रत्यक्षात न्यूट्रॉनाची ऊर्जा वरील मूल्यापेक्षा खूप कमी असते. विक्रियकातील विक्रिया शृंखला स्वरूपाची असल्यामुळे त्यापासून मिळणाऱ्या न्यूट्रॉन स्रोताचे मूल्य खूप जास्त म्हणजे १०१२–१०१४ न्यूट्रॉन प्रती चौ. सेंमी. प्रती से. एवढे असते [→ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी].

विलंबित न्यूट्रॉन उत्सर्जन : एखाद्या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यापासून बीटा कणाचे उत्सर्जन झाल्यानंतर निर्माण झालेल्या नव्या मूलद्रव्याचे अणुकेंद्र सामान्यपणे उत्तेजित अवस्थेत असते. त्याच्याजवळ स्थिर स्थितीपेक्षा जी जास्त ऊर्जा राहते ती बहुतकरून गॅमा किरणाच्या स्वरूपात बाहेर उत्सर्जित केली जाते. काही अपवादात्मक परिस्थितीत अशा तऱ्हेने राहिलेली ऊर्जा अणुकेंद्रापासून एखाद्या न्यूक्लिऑनाचे उत्सर्जन करण्यास पुरेशी असते. अशा वेळी अणुकेंद्रामधून एक न्यूट्रॉन बाहेर टाकला जातो. अशा रीतीने बाहेर टाकलेला न्यूट्रॉन हा किरणोत्सर्गाचाच परिपाक आहे असे समजता येते. या आधी होणाऱ्या बीटा कण उत्सर्जनाच्या नंतर हे न्यूट्रॉन उत्सर्जित होत असल्यामुळे त्यांस विलंबित न्यूट्रॉन म्हणतात. अशा प्रकारचे विलंबित न्यूट्रॉन भंजन विक्रियेत निर्माण होऊ शकतात. भंजन विक्रिया होणाच्या वेळी जे न्यूट्रॉन बाहेर फेकले जातात त्यांस त्वरित न्यूट्रॉन म्हणतात. विलंबित न्यूट्रॉन उत्सर्जन भंजन विक्रियेनंतर काही सेकंदांच्या अथवा मिनिटांच्या विलंबानंतर होते.

विश्वकिरणांपासून न्यूट्रॉन : समुद्रसपाटीला जे विश्वकिरण (बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर येणारे अतिशय भेदक किरण) मिळतात त्यांमध्ये न्यूट्रॉनांचा मोठा अंश असतो. वातावरणात या किरणांमुळे ज्या अणुक्रेंद्रीय विघटन विक्रिया होतात त्यांपासून अल्प आणि अती उच्च ऊर्जेचे न्यूट्रॉन निर्माण होतात. त्यांची तीव्रता कमी असल्यामुळे या प्रकारे उपलब्ध होणाऱ्या न्यूट्रॉनांचा प्रत्यक्षात काही उपयोग करून घेता येत नाही. या न्यूट्रॉनांची वातावरणातील नायट्रोजन अणूशी परस्परक्रिया होऊन त्यामुळे या अणूचे किरणोत्सर्गी कार्बन अणूत मात्र रूपांतर होत असल्याचे आढळते. या विक्रियेचा उपयोग ⇨किरणोत्सर्गी कार्बन कालनिर्णय पद्धतीत केला जातो.

वर्गीकरण : अणुकेंद्रीय विक्रियांचे वर्णन करण्याच्या दृष्टीने न्यूट्रॉनांच्या ऊर्जेचे खालील प्रकारे वर्गीकरण करणे सोयीस्कर ठरते.

(अ) अल्प ऊर्जा न्यूट्रॉन 

० ते १,०००ev

(आ) मध्यम ऊर्जा न्यूट्रॉन 

० ते ५००Kev

(इ) उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉन 

०·५ ते १० Mev

(ई) अति उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉन

&gt १० Mev 

अल्प ऊर्जा न्यूट्रॉनाचे परत खालील दोन वर्ग केले जातात.

(अ) ऊष्मीय न्यूट्रॉन 

०·०२५ ते ०·०५ ev

(आ) अनुस्पंदन न्यूट्रॉन 

०·०५ ते १,००० ev

गुणधर्म : द्रव्यमान : न्यूट्रॉनाचे द्रव्यमान १·००८६६५ आणवीय द्रव्यमान एकक आहे असे सर्वांत आधुनिक प्रयोगावरून कळते. प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांच्या द्रव्यामानांत ०·००१३८९ आणवीय एकक एवढा फरक आहे.

परिवलन परिबल:न्यूट्रॉनाला प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांच्याप्रमाणे परिवलन गती आहे.न्यूट्रॉनाचा परिवलनांक ½ असून त्यांचे अंगभूत परिबल ½ h ( h = h/2π h = प्लांक स्थिरांक) व त्याचे चुंबकीय परिबल -१·९१३ केंद्रीय मॅग्नेटॉन एवढे आहे. चुंबकीय परिबलव अंगभूत परिबल हे प्रतिसमांतर आहेत, हे चुंबकीय परिबलाच्या आधी दाखविलेल्या ऋण चिन्हावरून दाखविले जाते. या दोन दिशा समांतर पण एकमेकींच्या विरुद्ध असतात.[→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले].

किरणोत्सर्ग : मुक्त न्यूट्रॉन हा किरणोत्सर्गी असून त्याचे प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन व प्रतिन्यूट्रिनो यांमध्ये रूपांतर होते. सामान्यपणे अणुकेंद्रातील बंधित न्यूट्रॉनाला स्थैर्य असून तो मात्र विघटन पावत नाही.

तरंगलांबी : पुंजयामिकीप्रमाणे प्रत्येक कणाशी संलग्न असणाऱ्या p या संवेगाला (द्रव्यमान X वेग या राशीला) अनुरूप अशी द ब्रॉग्ली तरंगलांबी λ = h/p (येथे h = प्लांक स्थिरांक) असते. निरनिराळ्या ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनांकरिता या तरंगलांबीची मूल्ये खाली दिली आहेत.

न्यूट्रॉन ऊर्जा 

०·०१ ev

०·०२५ ev

१ ev

१००० ev

१ Mev

द ब्रॉग्ली तरंगलांबी (सेंमी.) 

२·९ x १०-१०

१·८ x १०-१०

०·२९ x १०-१०

९ x १०-१३

३ x १०-१४

उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉनाकरिता ही तरंगलांबी केंद्रीय त्रिज्येच्या मानाने अत्यल्प असते म्हणून या ऊर्जेचे न्यूट्रॉन अणुकेंद्राच्या जवळून जातात तेव्हा त्यांचा तरंगप्रभाव दिसून येत नाही. ऊष्मीय न्यूट्रॉनाची तरंगलांबी अणुत्रिज्येच्या आकारमानाची असल्यामुळे या ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनाकरिता अणूमुळे विवर्तन इ. तरंगीय परिणाम दिसून येतात.


भेदनक्षमता : न्यूट्रॉन विद्युत् भाररहित असल्यामुळे ते जेव्हा एखाद्या द्रव्यातून जातात तेव्हा त्यांना त्या द्रव्याच्या अणुकेंद्रापर्यंत पोहोचण्यास कुलंब वर्चस् अवरोधाची [→अणुकेंद्रीय भौतिकी] आडकाठी येत नाही. अणुकेंद्राबाहेरील इलेक्ट्रॉनाशी त्यांची काहीच परस्परक्रिया होत नाही यामुळे न्यूट्रॉनाचा द्रव्यातील प्रत्यक्ष अणुकेंद्राशी जेव्हा आघात होतो तेव्हाच त्याबरोबर ऊर्जेची देवघेव होऊन न्यूट्रॉन कणाच्या ऊर्जेत घट होऊन त्याचा वेग कमी होऊ शकतो. हे आघात स्थितिस्थापक (स्थानांतरणाच्या एकूण गतिज ऊर्जेत फरक पडत नाही अशा) स्वरूपाचे असतात. त्यामुळे प्रकीर्णन (विखुरण्याची क्रिया) करणारा अणुकेंद्र व न्यूट्रॉन यांचा द्रव्यमानातील फरक जसा कमी होतो तशी अणुकेंद्राची न्यूट्रॉनापासून आघातानंतर ऊर्जा काढून घेण्याची क्षमता वाढेल, असे दाखविता येते. उच्च गती असलेल्या न्यूट्रॉनाचा वेग कमी करण्याकरिता जे द्रव्य वापरतात त्यास मंदायक म्हणतात. मंदायकाचे कार्य स्थितिस्थापक आघातावरच अवलंबून असल्यामुळे या कार्याकरिता हायड्रोजन (अथवा मेण), ड्यूटेरियम (अथवा जड पाणी), बेरिलियम, कार्बन इ. कमी अणुभाराची द्रव्ये कार्यक्षम ठरतात. न्यूट्रॉनाबरोबर आघात झाल्यामुळे या अणुकेंद्रांना मिळालेली ऊर्जा ते सभोवतालच्या अणूंचे आयनीकरण करण्याकरिता (विद्युत् भारित अणूंत रूपांतर करण्याकरिता) उपयोगात आणतात. वरील विवेचनावरून शिशाच्या जाड पत्र्यातून किंवा विटांमधून न्यूट्रॉन सहज आरपार का जातात याचे कारण लक्षात येईल.

अणुकेंद्रीय विक्रियकामध्ये जे न्यूट्रॉन निर्माण होतात त्यांपासून तेथे काम करणाऱ्या मनुष्यांचे संरक्षण करण्याकरिता पुरेशी काळजी घ्यावी लागते. याकरिता अशा विक्रियकाभोवती कित्येक मीटर जाडीच्या सिमेंट काँक्रीटच्या भिंती बांधलेल्या असतात [→अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी].

आ. १. मंदगती न्यूट्रॉनाचा कॅडमियमामध्ये अनुस्पंदी ग्रास

न्यूट्रॉन ग्रास विक्रिया : वरील विवेचनात न्यूट्रॉन व अणुकेंद्र यांचे परस्परांबरोबर आघात होऊन त्यामुळे ऊर्जेची देवघेव होते याचाच विचार केला गेला. काही आघातांमध्ये (विशेषतः अल्प अथवा ऊष्मीय ऊर्जा न्यूट्रॉनांकरिता) न्यूट्रॉनाचा ग्रास होण्याची (पकडला जाण्याची) शक्यता असते. या विक्रियेत दोन महत्त्वाचे प्रकार आढळतात :

(१) अनुस्पंदी ग्रास व (२) सामान्य ग्रास. जेव्हा अणुकेंद्र व मुक्त अल्प ऊर्जेचा न्यूट्रॉन (उदा., ऊष्मीय) यांची संयुक्त ऊर्जा न्यूट्रॉनाचा ग्रास झाल्यानंतर होणाऱ्या अणुकेंद्राच्या एखाद्या पुंजीय ऊर्जा पातळीएवढ्या मूल्याची असते तेव्हा न्यूट्रॉन ग्रास या विक्रियेची संभाव्यता अथवा शक्यता उच्च मूल्याची होते. या विक्रियेकरिता अणुकेंद्राचे प्रभावी क्षेत्रफळ न्यूट्रॉनाच्या एका ठराविक ऊर्जेकरिता अणुकेंद्राच्या भूमितीय क्षेत्रफळाच्या अनेक पटींनी जास्त होते. या गुणधर्मावरून या विक्रियेस अनुस्पंदी ग्रास विक्रिया असे म्हणतात. या आविष्काराची कल्पना आ. १ वरून येईल (अणुकेंद्राचे प्रभावी क्षेत्रफळ ‘बार्न’ या एककात मोजतात १ बार्न = १०-२४ सेंमी.). उच्च अणुभाराच्या अणुकेंद्रांसाठी न्यूट्रॉनाचा अनुस्पंदी ग्रास न्यूट्रॉन ऊर्जा ०·५ ते १,००० evया पल्ल्यामध्ये असताना सामान्यपणे आढळतो. यावरून या ऊर्जा पल्ल्यातील न्यूट्रॉनांना अनुस्पंदन न्यूट्रॉन असे म्हणतात. ज्या अणुकेंद्राकरिता असा अनुस्पंदी परस्पसंबंध असत नाही त्याकरिता न्यूट्रॉन ग्रास विक्रियेसाठी अणुकेंद्राचे प्रभावी क्षेत्रफळ न्यूट्रॉन वेग v याच्या व्यस्त प्रमाणात बदलते त्यामुळे न्यूट्रॉन ऊर्जा व त्यानुसार अणुकेंद्राच्या प्रभावी क्षेत्रफळात होणारा बदल यांच्या आलेखात शिखरे आढळत नाहीत. बोरॉन अणुकेंद्राकरिता न्यूट्रॉन ग्रास विक्रियेकरिता न्यूट्रॉन ऊर्जेनुसार होणारा त्याच्या प्रभावी क्षेत्रफळातील बदल आ. २. मध्ये दाखविला आहे, त्यावरून हे स्पष्ट दिसते. या दोन्ही प्रकारच्या विक्रियांमध्ये सामान्यपणे गॅमा किरणांचे उत्सर्जन होते.

आ. २. न्यूट्रॉन ग्रासाकरिता बोरॉन अणुकेंद्राच्या प्रभावी क्षेत्रफळात न्यूट्रॉन वेगानुसार होणारा बदल.

न्यूट्रॉन-न्यूक्लिऑनाची पुंजीय अवस्था : आधुनिक सिद्धांताप्रमाणे अनुरूप मेसॉनाच्या क्षेपणाने किंवा शोषणाने अणुकेंद्रामधील न्यूट्रॉन व प्रोटॉन यांचे एकमेकांत रूपांतर होऊ शकते. या क्रियेमुळेच अणुकेंद्रीय प्रेरणा बंध निर्माण होतो व अणुकेंद्रास स्थिरता प्राप्त होते. या कारणाकरिता न्यूट्रॉन व प्रोटॉन हे न्यूक्लिऑन या एकाच वस्तूच्या अवस्था अथवा आविष्कार आहेत असे समजले जाते. कोणत्याही अणुकेंद्राला अनेक पृथक् अशा पुंज अवस्था असतात पण न्यूक्लिऑनाला फक्त दोनच अवस्था आहेत. या अवस्थांचे स्वरूप विद्युत् भार व अंतर्गत ऊर्जा यांमुळे निश्चित केले जाते. न्यूट्रॉनाला विद्युत् भार नाही पण त्याचे द्रव्यमान प्रोटॉनापेक्षा जास्त आहे व त्यामुळे न्यूट्रॉन ही न्यूक्लिऑनाची उच्चतर पुंजीय ऊर्जावस्था समजली जाते.

अभिज्ञान : (अस्तित्व ओळखणे). न्यूट्रॉन हे पदार्थमात्रामधून गेले असता त्यामधील अणूचे ते सरळ आयनीकरण करत नाहीत. आल्फा वा बीटा कणाचे ज्याप्रमाणे त्यांनी केलेल्या आयनीकरणाद्वारे अभिज्ञान करता येते तसे न्यूट्रॉनाच्या बाबतीत शक्य होत नाही. या कार्याकरिता न्यूट्रॉनाद्वारे घडवून आणलेल्या एखाद्या द्वितीयक परिणामाचा उपयोग करावा लागतो. या कार्याकरिता उपयुक्त ठरणारे द्वितीयक परिणाम खालीलप्रमाणे होत.

(अ) अणुकेंद्रीय विक्रिया : (१) अणुकेंद्राद्वारा न्यूट्रॉनाचे शोषण व त्यानंतर त्वरित विद्यत् भारित कणाचे उत्सर्जन, (२) अणुकेंद्राद्वारा न्यूट्रॉनाचे शोषण आणि त्यानंतर निर्माण होणाऱ्या अणुकेंद्राचे त्वरित भंजन,

(३) अणुकेंद्राद्वारा न्यूट्रॉनाचे शोषण व त्याद्वारे कृत्रिम किरणोत्सर्गी अणूची निर्मिती (आ) हलक्या अणुभाराच्या अणुकेंद्राद्वारे न्यूट्रॉनाचे स्थितिस्थापक प्रकीर्णन.

यांपैकी शेवटली रीत (आ) फक्त उच्च ऊर्जेच्या (&gt ५०—१०० Kev) न्यूट्रॉनाकरिता वापरता येते. या प्रत्याघाती अभिज्ञातकाकरिता आयनीकरण कोठी, गणित्र, बाष्प अथवा बुद्‌बुद् कोठी इ. यंत्रणा वापरतात [→ कण अभिज्ञातक]. या यंत्रणेत हायड्रोजनासारखा हलक्या अणुभाराचा वायू (किंवा ज्यापासून हायड्रोजन मिळू शकेल असे द्रव्य) भरतात. या अभिज्ञातकामधून न्यूट्रॉन गेले असता त्यांची हायड्रोजन अणुकेंद्रांशी टक्कर होऊन त्यामुळे वेगवान प्रोटॉन निर्माण होतात. हे प्रोटॉन आयनीकरण करू शकत असल्यामुळे त्यांचे या परिणामामुळे अभिज्ञान करता येते. आघातामुळे प्रोटॉनाला मिळालेली ऊर्जा व त्याच्या वेगदिशेचा मूळ न्यूट्रॉन वेगदिशेशी होणारा कोन या दोन्ही राशी मोजल्या असता त्यावरून न्यूट्रॉनाची ऊर्जा गणितीय सूत्राने राशी मोजल्या असता त्यावरून न्यूट्रॉनाची ऊर्जा गणितीय सूत्राने काढता येते. छायाचित्रण पायस पद्धती किंवा बाष्प कोठी यांमध्ये या दोन राशींचे मापन करणे सगळ्यात सुलभ असते, कारण या प्रकारच्या पद्धतीत विद्युत् भारित कणांचा गतिमार्ग दृश्यमान असतो.

पहिल्या पद्धतीप्रमाणे अल्प ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनाचे अभिज्ञान करण्याकरिता आयनीकरण कोठीमध्ये (किंवा गणित्रामध्ये) BF3 या संयुगाच्या स्वरूपात बोरॉन अणू भरलेले असतात. अल्प ऊर्जा (वा ऊष्मीय) न्यूट्रॉन त्यावर पडले असता B10 (n, α) Li7 ही विक्रियी होऊन तीपासून आल्फा किरणाचे उत्सर्जन होते. ही विक्रिया उच्च ऊर्जेच्या (१ Mev) न्यूट्रॉनाकरिता उपयोगी पडत नाही. या ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनाकरिता He3 (n, p) H3 ही विक्रिया वापरली जाते.

दुसऱ्या पद्धतीने अल्प किंवा उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉनाचे अभिज्ञान करण्याकरिता आयनीकरण कोठीमध्ये (अथवा गणित्र इत्यादींमध्ये U235 या भंजनक्षम अणूचा उपयोग करतात. हे अणू त्यामध्ये वायुस्वरूपात किंवा त्याच्या भिंतीच्या आतील बाजूस लेपाच्या स्वरूपात चोपडलेले असतात. U235 अणूचे भंजन होऊन त्याचे दोन तुकडे होतात. या तुकड्यांची गतिज ऊर्जा १०० Mev या प्रतीची असल्यामुळे त्याच्याद्वारे प्रचंड प्रमाणात आयनीकरण होते. भंजन झाल्यामुळे मिळणारा स्पंद हा इतका शक्तिमान असतो की, सर्वसाधारण आयनीकारक कणाच्या द्वारे मिळणाऱ्या स्पंदापासून तो सहज ओळखता येतो. पार्श्वसंदेशामुळे याच्यामध्ये होणाऱ्या व्यत्ययाचे परिमाण कमी असल्यामुळे न्यूट्रॉन अभिज्ञानाची ही पद्धत सर्वांत अधिक कार्यक्षम असते. १·५ Mev पेक्षा जास्त ऊर्जा असणाऱ्या न्यूट्रॉनाकरिता U235 च्या ऐवजी U238 व Th232 यांचा उपयोग केला जातो. या अभिज्ञान पद्धतीत आयनीकरण कोठी किंवा गणित्र यांचा उपयोग करतात.

तिसऱ्या अभिज्ञान पद्धतीमध्ये आपाती न्यूट्रॉनाचे अणुकेंद्राद्वारा शोषण होते. या क्रियेमुळे निर्माण झालेले नवे अणुकेंद्र उत्तेजित अवस्थेत असल्यामुळे ते गॅमा किरणाचे उत्सर्जन करून आपल्या ऊर्जेच्या निम्नतम अवस्थेला जाते. अणुकेंद्राच्या उत्तेजित अवस्था अनेक असू शकत असल्यामुळे उत्सर्जित गॅमा किरण निरनिराळ्या ऊर्जेचे मिळतात. या विक्रियेला न्यूट्रॉनाचा प्रारणशील ग्रास असे म्हणतात. ही विक्रिया बहुतेक सर्व मूलद्रव्यांत आढळते. या त्वरित उत्सर्जित केलेल्या गॅमा किरणाच्या द्वारे न्यूट्रॉनाचे अभिज्ञान करता येते. काही मूलद्रव्यांच्या बाबतींत गॅमा किरणाचे उत्सर्जन झाल्यानंतर राहिलेले अणुकेंद्रही किरणोत्सर्गी असते. त्यामुळे हा किरणोत्सर्ग आघातानंतर काही काळपर्यंत चालूच राहतो. या किरणोत्सर्गी क्रियेमध्ये बहुतेक वेळा बीटा व गॅमा किरणांचे उत्सर्जन होते. या किरणांची तीव्रता नेहमीच्या रीतीने मोजून प्राथमिक न्यूट्रॉनाचे अभिज्ञान व त्याच्या तीव्रतेविषयी अंदाज करता येतो. प्रत्यक्ष प्रयोगात या कार्याकरिता सोने, इंडियम, आयोडीन व मँगॅनीज यांच्या पातळ पटलाचा उपयोग केला जातो. या पटलावर न्यूट्रॉन पडले असता त्यापासून मिळणारे किरणोत्सर्ग व त्यांकरिता अर्धायुष्य यांबद्दलची माहिती कोष्टक क्र. २ मध्ये दिली आहे.

कोष्टक क्र. २. किरणोत्सर्ग पद्धतीने न्यूट्रॉनाचे अभिज्ञान 

लक्ष्य द्रव्य 

उत्सर्जित किरण व त्याची ऊर्जा 

अर्धायुष्य 

प्रभावी क्षेत्रफळ (बार्न) 

Mn55

बीटा : महत्तम २·८ Mev

२·६ तास 

१३·२ 

 

गॅमा : ०·८२, १·७७,

   
 

२·०६ Mev

   

In116

बीटा : महत्तम १·० Mev

५४ मिनिटे 

१५५ 

 

गॅमा : ०·१४, ०·४१,

   
 

१·०९, १·२७, 

   
 

१·४९, २·०९ Mev

   

I127

बीटा : महत्तम २·० Mev

२५ मिनिटे 

५·५ 

 

गॅमा : ०·४३ Mev

   

Au197

बीटा : महत्तम १·० Mev

२·७ दिवस 

९८·५ 

 

गॅमा : ०·४१ Mev

   

या पद्धतीचा उपयोग होण्याकरिता किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याचे अर्धायुष्य पुरेसे मोठे (काही मिनिटे ते काही दिवस) व न्यूट्रॉनाचे शोषण करण्याकरिता त्याच्या अणूच्या प्रभावी क्षेत्रफळाची मूल्य उच्च प्रतीचे असणे आवश्यक असते. या दोन्हीही अटींची वर नमूद केलेल्या द्रव्यांच्या बाबतीत पूर्तता होते, हे दिसून येईल.

५० Kev पेक्षा कमी ऊर्जा असलेल्या न्यूट्रॉनाकरिता आणखी एक प्रभावी अभिज्ञान पद्धत उपलब्ध आहे. यामध्ये यूरोपियमद्वारा सक्रियित केलेला असा लिथियम आयोडाइडाचा स्फटिक वापरतात. यावर न्यूट्रॉन पडला असता.

 Li6 (n, α) H3 + 4·78 Mev

ही विक्रिया होऊन निर्माण केलेल्या वेगवान आल्फा किरणामुळे हा स्फटिक चमचम करतो [→ कण अभिज्ञातक].

न्यूट्रॉन वेग-विवेचक : काही प्रयोगांसाठी एका ठराविक वेगाचेच न्यूट्रॉन मिळविणे आवश्यक ठरते. उद्‌गमापासून मिळणारे न्यूट्रॉन इष्ट त्या प्रमाणात समऊर्जाधारी नसतात. त्यामुळे या कार्याकरिता विशिष्ट योजना (वेग-विवेचक) वापरल्या जातात. ऊष्मीय व मध्यम ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनांकरिता यामिकीय (ढकलणे-ओढणे यांसारख्या भौतिकीय प्रेरणांवर आधारलेले) वेग-विवेचक उपयुक्त ठरतात. यामध्ये उच्च गतीने फिरणाऱ्या परिभ्रमी झडपेची योजना वापरलेली असते. या झडप योजनेमधून एका ठराविक वेगाने न्यूट्रॉनच पार जाऊ शकतात. एकक धातु-स्फटिकाच्या प्रतलापासून अती अल्प ऊर्जेच्या न्यूट्रॉनाचे परावर्तन करून वेग निवड करता येते. क्ष-किरणाच्या परावर्तनाकरिता डब्ल्यू. एल्. ब्रॅग यांनी वापरलेल्या पद्धतीमागील तत्त्वावरच ही रीत आधारलेली आहे. ऊष्मीय ते उच्च ऊर्जेच्या न्यूटॉनांकरिता उड्डाणकाल तंत्र वापरून हे कार्य करता येते. या पद्धतीमध्ये न्यूट्रॉनांचे स्पंदाच्या स्वरूपात उत्सर्जन केले जाते. रिक्त अवकाशात उद्‌गमस्थानापासून एक ठराविक अंतर जाण्यास न्यूट्रॉनाला लागणाऱ्या कालखंडावरून त्याचा वेग काढता येतो व योग्य योजना वापरून एकाच वेगाने न्यूट्रॉन वेगळे काढता येतात.

आ. ३. नेपच्यूनियम अणुकेंद्राच्या संपूर्ण प्रभावी क्षेत्रफळाचे न्यूट्रॉनाच्या ऊर्जेबरोबर होणारे चलन

न्यूट्रॉन वर्णपटविज्ञान : वर वर्णन केलेली निरनिराळी तंत्रे वापरून, विविध अणुकेंद्रांच्या उत्तेजित अवस्था निर्माण करणे किंवा त्याविषयी सम्यक् ज्ञान मिळविणे या कार्याकरिता न्यूट्रॉन कणाचा कारक म्हणून अतिशय उपयोग होतो. ठराविक ऊर्जेच्या न्यूट्रॉन कणाने लक्ष्यावर भडिभार केला, तर लक्ष्यामधील अणुकेंद्रे विविध प्रकारच्या विक्रियांद्वारे उत्तेजित होतात. निरनिराळ्या विक्रियांकरिता अणुकेंद्राचा काटच्छेद अथवा प्रभावी क्षेत्रफळ आपाती न्यूट्रॉनाच्या ऊर्जेप्रमाणे कसे बदलते यावरून अणुकेंद्राच्या ऊर्जा अवस्थेविषयी माहिती मिळते. लक्ष्याची जाडी Δx एवढी असून त्यामध्ये एकंदर अणुकेंद्रांची संख्या N प्रती सेंमी. आहे असे मानले आणि न्यूट्रॉन शलाकेचा काटच्छेद १ सेंमी. एवढा असून त्यातील प्रत्येक कणाचा वेग v आहे असे धरले, तर लक्ष्यातून गेल्यानंतर निरनिराळ्या विक्रियांमुळे मूळ वेग व दिशा असणाऱ्या न्यूट्रॉनांची संख्या e—NσDx या गुणांकाने कमी होईल असे दाखविता येते. या सूत्रातील s हा लक्ष्य अणुकेंद्राचे v या वेगाच्या न्यूट्रॉनाकरिता असलेले प्रभावी क्षेत्रफळ दाखवितो आणि σ हा स्वाभाविक लॉगरिथमाचा आधारांक आहे. या विवेचनावरून भौतिकीच्या या शाखेला न्यूट्रॉन वर्णपटविज्ञान हे नाव का दिले हे कळते. प्रकाशीय वर्णपटमापकाप्रमाणे यामध्ये प्रथम समऊर्जाधारी न्यूट्रॉन मिळविण्याची व्यवस्था असते. लक्ष्य भेदून गेलेल्या न्यूट्रॉनामधील ऊर्जा वितरण प्रयोगाने काढण्याची तरतूद या उपकरणामध्ये असते. आ. ३ मध्ये नेपच्यूनियम (२३७) मधून न्यूट्रॉन पाठविले असता या अणुकेंद्राचे संपूर्ण प्रभावी क्षेत्रफळ न्यूट्रॉन ऊर्जेप्रमाणे कसे बदलते हे दाखविले आहे. यामध्ये अनेक अनुस्पंदन शिखरे दिसतात. या अनुस्पंदन शिखरांची उंची, त्यांची रुंदी व निरनिराळ्या शिखरांमधील अंतरे ही नेपच्यूनियम अणुकेंद्राच्या ऊर्जापातळीशी संलग्न आहेत. निरनिराळ्या विक्रियांकरिता प्रभावी क्षेत्रफळ निरनिराळे कसे असते हे आ. ४ वरून दिसेल. यामध्ये U235 च्या अणुकेंद्राचे प्रभावी क्षेत्रफळ प्रकीर्णन व भंजन विक्रियांकरिता न्यूट्रॉन ऊर्जेबरोबर कसे बदलते, हे दाखविले आहे. या दोन विक्रियांकरिता मिळणारे क्षेत्रफळ एकत्र करून संपूर्ण प्रभावी क्षेत्रफळ कसे मिळते याचाही खुलासा या आकृतीवरून होईल.

आ. ४. U235 अणुकेंद्राच्या संपूर्ण, प्रकीर्णन व भंजन प्रभावी क्षेत्रफळांचे न्यूट्रॉन ऊर्जेबरोबर होणारे चलन: (अ) प्रकीर्णन, (आ) भंजन, (इ) संपूर्ण.

अणुकेंद्राबरोबर न्यूट्रॉनाच्या होणाऱ्या विक्रियेचे स्वरूप त्याच्या ऊर्जेवर अवलंबून असते. अल्प ऊर्जा न्यूट्रॉनाकरिता स्थितिस्थापक प्रकीर्णन, भंजन व प्रारणशील ग्रास या विक्रिया महत्त्वाच्या असतात, तर उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉनाकरिता यांच्याव्यतिरिक्त अनेक विक्रिया होऊ शकतात. विक्रियेचे स्वरूप लक्ष्याच्या अणुभारानेही काही प्रमाणात ठरविले जाते. विक्रियेमुळे उत्सर्जित होणाऱ्या कणाची निपज आणि ऊर्जा या प्रामुख्याने या प्रकारच्या प्रयोगात मोजल्या जातात.

या प्रकारच्या प्रयोगामुळे अणुकेंद्रीय अंतर्व्यवस्था व त्यात कार्य करणाऱ्या प्रेरणा यांबद्दल महत्त्वाची माहिती मिळालेली आहे. अणुकेंद्राकरिता सैद्धांतिक दृष्ट्या ज्या विविध प्रतिरूपांचे संकल्पन केले गेले आहे त्यांच्या यथार्थतेबद्दलच्या कसोट्या उपलब्ध झाल्या आहेत. सर्वांत महत्त्वाचे म्हणजे अणुकेंद्रीय ऊर्जेच्या साहाय्याने विद्युत् निर्मितीकरिता जी केंद्रे उभारण्यात आली आहेत, त्यांचे अभिकल्प (आराखडे) तयार करण्याकरिता लागणारा प्रदत्त वरील प्रयोगापासूनच मिळाला आहे.

संदर्भ : 1. Kaplan, I. Nuclear Physics, Readings, Mass., 1964.

            2. Livesey, D. L. Atomic and Nuclear Physics, Waltham, Mass., 1966.

            3. Lyon, S. Guide to Activation Analysis, New York, 1964.

            4. Osgood, T. H. Ruark, A. E. Hutchisson, E. Atoms, Radiation and Nuclei, New York, 1964.

             5. Segre, E. Nuclei and Particles, New York, 1965.

गोडबोले, रा. द. चिपळोणकर, व. त्रिं.

Close Menu
Skip to content