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定义

  中子(英文:neutron 日本语:中性子 朝鲜语:뉴트론 泰语:Neutron 俄语:Нейтронный希伯来语:ניטרון 希腊语:Νετρονίων 印地语:न्यूट्रॉन加利西亚语:Neutrónicos)是组成原子核的核子之一。中子是1932年B.查德威克用α粒子轰击的实验中发现,并根据E. 卢瑟福的建议命名的。中子电中性,其质量为 1.6749286 ×10-27千克,比质子的质量稍大,自旋为1/2,磁矩以核磁子作衡量单位为 -1.91304275 。自由中子是不稳定的粒子,可通过弱作用衰变为质子,放出一个电子和一个反电子 中微子,平均寿命为896秒。中子是费米子[1],遵从费米-狄拉克分布和泡利不相容原理。中子和质子是同一种粒子的两种不同电荷状态,其同位旋为 1/2 ,中子的同位旋第三分量I3=-1/2。中子是组成原子核构成化学元素不可缺少的成分,虽然原子的化学性质是由最外层电子数决定的,但是如果没有中子,由于带正电荷质子间的排斥力,就不可能构成除之外的其他元素。在轻核中含有几乎相等数目的中子和质子;在重核中,中子数则大于质子数,例如铀-238总共有146个中子和92个质子。对于一定质子数的核,中子数可以在一定范围内取几种不同的值,形成一个元素的不同同位素

结构

  中子不带电而具有磁矩。高能电子、μ子或中微子轰击中子的散射实验显示中子内部的电荷和磁矩有一定的分布,说明中子不是点粒子,而具有一定的内部结构。中子是由3个更深层次的粒子——夸克构成的。

用途与特性

  中子是研究核反应很好的轰击粒子,由于它不带电,即使能量很低,也能引起核反应(见中子核反应)。中子还在核裂变反应中起重要作用。电中性的中子不能产生直接的电离作用,无法直接探测,只能通过它与核反应的次级效应来探测。

  根据微观粒子波粒二象性,中子具有波动性,慢中子的波长约1-10米,与晶体内原子间距相当。中子衍射是研究晶体结构的重要技术。

  中子是不带基本粒子,静止质量为1.675×10^-27kg,它的半径约为0.8×10^-15m,与质子大小类似。中子常用符号n表示。

  ①1932年英国物理学家查德威克在做了用α粒子轰击铍的实验中发现了中子。

  ②单独存在的中子是不稳定的,平均寿命约为16分,它将衰变成质子、电子和反中微子ν。

  ③原子核由中子和质子组成,原子核内的中子是稳定的。

  ④由于中子不带电,所以容易打进原子核内,引起各种核反应

  ⑤中子的自旋量子数为1/2。

  ⑥中子包含两个具有 -1/3 电荷的下夸克和一个具有 +2/3 电荷的上夸克,其总电荷为零。

中子与中子弹

  1999年5月25日,以美国众院政策委员会主席考克斯为首的调查委员会,无端指责中国窃取了美国尚未部署的中子弹。这完全是使用谎言加捏造编制出来的。1930年发现用α粒子轰击铍时会产生一种看不见的贯穿能力很强的不带电粒子,卢瑟福的学生查德威克进一步研究证明了这种粒子质量与质子相差不多的不带电粒子是卢瑟福曾经预见的中子。

  有的读者看到这里也许会问:中子弹是一种什么武器?它与核武器有什么不同?

   原子弹氢弹,我们大家都很熟悉了,原子弹、氢弹、中子弹是核武器家族中的3个重要成员。为了了解中子弹,我们有必要了解一下什么叫“中子”。

  中子是构成物质原子核的基本粒子之一,它的质量与质子相同。中子不带电,从原子核分裂出来的中子很容易进入原子核,人们利用中子的这个特性,用它轰击原子核来引出核子反应。这就是中子弹。中子弹在爆炸释放大量的高能中子,是以高能中子辐射为主主要杀伤的小型氢弹。

  我们知道,每一种武器都具有核辐射、冲击波、光辐射等杀伤力,中子弹也有核武器的这些特性,但是中子弹的杀伤特性主要不是在这些方面,中子弹主要是靠中子的辐射起到杀伤作用,它可以在有效的范围内杀伤坦克装甲车辆或建筑内的人员。如果有一个100吨TNT(即黄色炸药)当量的中子弹,在距离爆炸中心800米的核辐射剂量,是同等当量的裂变核武器的几十倍,但是它爆炸时产生的冲击波对建筑物的破坏半径只有300米~400米。也就是说,如果有一枚千吨级当量的中子弹在战场上爆炸,那么800米范围内的人员会被杀伤,被杀伤的人员并不是马上死去,而是慢慢地非常痛苦地死去,受伤者最长可以拖过7天的时间。在中子弹爆炸的300米范围之外的建筑和设施,可以毫发不损,可是建筑物中的人员却不能幸免于难。中子弹的这种特性,很适合在战场上作为战术核武器使用。

  中子弹是什么时候诞生的呢?它诞生于50年代,是由美国加州大学的一个实验室开发而成的。随后,掌握了核武器的国家纷纷开始研制中子弹。1981年,卡特总统批准了中子弹的生产计划。里根总统上台后,下令生产“长矛”导弹的中子弹头和可以用榴弹炮发射的中子弹头。美军现在已经有了203毫米榴弹炮的中子弹头和155毫米中子弹的弹头。这两种用炮弹发射的中子弹是目前世界上当量最小的中子弹。目前中子弹并没有在战场上投入使用。

  中子弹可以用飞机导弹、榴弹炮来发射。美、英、法、俄的许多战斗机经过改装都可以发射带有中子弹头的对地导弹。

  目前世界上有哪些国家具备了生产中子弹的能力呢?可以毫不夸张地说,凡是拥有氢弹的国家,都具备了生产中原子弹的能力。

中子核反应

  中子核反应

  neutron induced nuclear reaction

  中子同原子核相互作用引起的核反应。中子的重要特征是不带电,不存在库仑势垒的阻挡,这就使得几乎任何能量的中子同任何核素都能发生反应,在实际应用中,低能中子的反应起更重要的作用。

  中子核反应主要有:①中子裂变反应。某些重核如235U俘获中子发生裂变,记作(n,f),裂变同时还放出2~3个瞬发中子,并释放很大的裂变能,这种中子的增殖可使裂变反应持续不断进行,形成裂变链式反应,这是获取核能的重要途径。②中子辐射俘获。中子被核俘获后形成复合核,然后通过放出一个或多个γ光子退激 ,记作( n,γ )研究γ射线的能谱可以得到复合核能级结构、辐射过程性质的信息,( n,γ)反应对一切稳定核都是重要的,甚至中子能量很低时也能发生,(n,γ) 反应还是生产核燃料超铀元素等的重要反应 。 此外 ,还有中子的弹性散射和非弹性散射;中子被核吸收可放出 2个、3 个…中子的( n,2n),( n ,3n)…反应;发射带电粒子的(n,X)反应以及吸收中子不放出中子的中子吸收等等。

  中子核反应在研究核结构和核反应机制及核能利用中占重要地位。

四中子

  “四中子”又称为“零号元素”。

  法国里昂的科学家发现一种只有四个中子构成的粒子,这种粒子被称为"四中子",也有人称之为"零号元素"。它与天体中的中子星构成类似。

  它的特性为:

  1.该微粒不显电性

  2.它与普通中子互称为同位素

  3. 四中子质量大约为6.7×10^-25kg或以上

  四年前,法国一部粒子加速器上发现了六个不可能存在的粒子,它们拥有四个违背物理法则被捆绑在一起的中子,被称为“四中子”。

  法国科学家米格尔·马克和他的同事们正在准备利用加内尔加速器再进行一次试验,如果他们成功的话,这些核团簇将迫使我们对原子核之间的结合力量进行重新考虑。在上一次试验中,研究小组向一个小型碳目标发射铍原子,对射入四周粒子探测器的残片进行分析,想要找到击中探测器的四个分离中子。结果他们仅在一个探测器中找到了射线的痕迹,证据表明有四个中子进入了探测器。当然,他们的发现可能是个巧合,四个中子只是在同一时间击中了同一地方,但这在理论上是完全不可能的。

  很多人都会认为,四中子是无稽之谈,因为按照标准的粒子物理模式,四中子是不可能存在的。根据保利排他理论,即使是两个质子或中子都是无法在同一系统中拥有相同量子属性的。事实上,核力再强也无法将两个中子结合在一起,更不用说四个了。马克的小组对他们看到的结果非常迷惑,在自己的研究报告中都没敢写出相关数据。

  还有很多更为有力的证据说明四中子的存在值得怀疑,如果你修改物理法则允许四中子存在的话,这个世界将变成另外一个样子:大爆炸后各种元素的形成将不会按照我们现在看到的样子进行,更糟的是,这些元素会迅速变重,超出宇宙所能承受的范围,或许宇宙会在扩张成形之前就提前崩溃了。然而,这种推断也存在漏洞,现有的理论的确支持四中子的存在,虽然只是一种随机的短命粒子。有科学家指出,四个中子同时击中探测器的可能性是存在的,另外中子星的存在也支持了多中子物质的理论,这些星体中有大量的中子结合在一起,说明宇宙中存在一种无法解释的力量实现了它们的相聚。

中子星

  1932年发现中子后不久﹐朗道就提出可能有由中子组成的致密星。1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念﹐而且指出中子星可能产生于超新星爆发。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个中子星的模型。 中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。根据科学家的计算,当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星

  中子星又称为脉冲星。脉冲星,就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时,还是一名女研究生的贝尔,发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星。

  脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。

  经过几位天文学家一年的努力,终于证实,脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且,正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。

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