동위원소를 만드는 차이
원소의 종류는 양성자 수로 구별하지만, 같은 원소의 핵에 들어 있는 중성자 수는 다를 수 있다. 예를 들어 탄소-12와 탄소-13은 모두 양성자가 여섯 개이며 중성자 수에서 차이가 난다.
동위원소는 전자 배치가 비슷하여 화학적 성질도 대체로 비슷하지만 질량과 핵의 성질은 다르다. 어떤 동위원소는 안정하고 어떤 동위원소는 방사성 붕괴를 한다.
중성은 상호작용이 없다는 뜻이 아니다
중성자는 전체 전하가 없지만 내부를 이루는 쿼크는 전하를 갖는다. 또한 중성자는 자기 모멘트를 가지며 다른 입자와 상호작용한다. 중성이라는 이름을 아무 힘도 받지 않는다는 뜻으로 해석해서는 안 된다.
물질 속 중성자는 원자핵이나 자기적 구조와 상호작용할 수 있다. 이러한 성질은 전하를 띤 입자나 엑스선과 다른 방식으로 물질을 조사하는 데 활용된다.
핵 밖과 핵 안의 안정성
원자핵에서 벗어난 자유 중성자는 불안정하며 시간이 지나면 양성자, 전자, 전자 반중성미자로 붕괴할 수 있다. 이는 약한 상호작용에 의한 베타 붕괴다.
핵 안에 있으면 무조건 안정한 것도 아니다. 전체 핵의 에너지 조건이 허용되면 핵에 결합한 중성자의 변환을 포함하는 베타 붕괴가 일어난다. 자유 입자의 성질과 핵 전체의 안정성은 함께 고려해야 한다.
물질의 내부를 조사하는 도구
중성자 산란에서는 시료를 통과하거나 시료에 부딪힌 중성자의 방향과 에너지 변화를 측정한다. 그 결과로 원자 배열이나 분자의 움직임, 자기적 성질에 관한 정보를 얻는다.
연구용 중성자는 원자로 또는 가속기 기반 시설 등에서 공급할 수 있다. 중성자가 물질을 통과하는 정도와 검출 결과는 시료의 조성과 중성자의 에너지에 따라 달라진다.