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    中子的概念

    2016/8/30 14:27:23

    中子是組成原子核的核子之一。中子是由劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·查德威克于1932年發(fā)現(xiàn),并根據(jù)E.盧瑟福的建議命名的。中子電中性,其質(zhì)量為1.6749286×10-27千克,比質(zhì)子的質(zhì)量稍大,自旋為1/2,磁矩以核磁子作衡量單位為-1.91304275。中子是一種電中性的粒子,具有與質(zhì)子大約相同的質(zhì)量。中子屬于重子類,由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克構(gòu)成。絕大多數(shù)的原子核都由中子和質(zhì)子組成(僅有一種氫原子的同位素例外,它由一個(gè)質(zhì)子構(gòu)成)。在原子核外,自由中子性質(zhì)不穩(wěn)定,半衰期為15分鐘。中子衰變時(shí)釋放一個(gè)電子和一個(gè)反中微子而成為質(zhì)子(β衰變)。原子核中的中子和質(zhì)子可以通過(guò)吸收和釋放π介子互相轉(zhuǎn)換。
    雖然組成物質(zhì)的原子在正常情況下不帶電荷,但原子比中子大一萬(wàn)倍,是由帶負(fù)電的電子圍繞帶正電的原子核運(yùn)行而形成的復(fù)雜系統(tǒng)。帶電粒子(如質(zhì)子,電子,或離子)和電磁波(如伽瑪射線)都會(huì)在穿透物質(zhì)時(shí)消耗能量,形式是將所穿透物質(zhì)離子化。帶電粒子會(huì)因此而慢下來(lái),電磁波則會(huì)被所穿透物質(zhì)吸收。
    中子的情況截然不同,它只會(huì)在與原子核近距離接觸時(shí)受強(qiáng)相互作用或弱相互作用影響:結(jié)果一個(gè)自由中子在與原子核直接碰撞前不受任何外力影響。因?yàn)樵雍颂,碰撞機(jī)會(huì)極少,因此自由中子會(huì)在一段極長(zhǎng)的距離保持不變。中子和其它常見(jiàn)的次原子粒子最大的分別在于中子因其下夸克和上夸克之電荷互相抵消,本身不帶電荷。另它穿透性強(qiáng),無(wú)法直接進(jìn)行觀察,也令它在核轉(zhuǎn)變中成為非常重要的媒介物。這兩項(xiàng)因素使得它在次原子粒子發(fā)展歷史的較后期才被發(fā)現(xiàn)。
    自由中子和原子核的碰撞是彈性碰撞,其遵循巨觀下兩小球彈性碰撞時(shí)的動(dòng)量法則。當(dāng)被碰撞的原子核很重時(shí),原子核只會(huì)有很小的速度;但是,若是碰撞的對(duì)象是和中子質(zhì)量差不多質(zhì)子,則質(zhì)子和中子會(huì)以幾乎相同的速度飛出。這類的碰撞將會(huì)因?yàn)橹圃斐龅碾x子而被偵測(cè)到。
    中子的電中性讓它不僅很難偵測(cè),也很難被控制。電中性使得我們無(wú)法以電磁場(chǎng)來(lái)加速、減速或是束縛中子。自由中子僅對(duì)磁場(chǎng)有很微弱的作用(因?yàn)橹凶哟嬖诖啪兀。真正能有效控制中子的只有核作用力。唯一能控制自由中子運(yùn)動(dòng)的方式只是放置原子核堆在它們的運(yùn)動(dòng)路徑上,讓中子和原子核碰撞藉以吸收之。這種以中子撞擊原子核的反應(yīng)在核反應(yīng)中扮演重要角色,也是核子武器運(yùn)作的原理。自由中子則可由核衰變、核反應(yīng)或高能反應(yīng)等中子源產(chǎn)生。

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