中子查看源代码讨论查看历史

中子（英语：Neutron）是一种电中性的粒子，具有略大于质子的质量。中子属于重子类，由两个下夸克、一个上夸克和用于在它们三者之间作用的胶子共同构成。夸克的静质量只贡献出大约1%质子质量，剩馀的质子质量主要源自于夸克的动能与捆绑夸克的胶子场的能量。绝大多数的原子核都由中子和质子组成（仅有氢例外，它仅由一个质子构成）。在原子核外，自由中子性质不稳定，平均寿命约为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反微中子而成为质子（β衰变）。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。

中子的发现

1920年，拉塞福应邀为贝克讲座(Bakerian Lecture)做演讲，他说明有关同位素的情况，并提出有‘中性粒子’存在于原子核里的猜测。拉塞福说：在某些情况下，也许有可能由一个电子和氢核紧密的结合在一起，组成一种中性的双子(doublet)。这样的中性粒子也许有很新颖的特性，因为它的电荷为零，可能可以很自由的穿越物质，它的存在也许很难用光谱仪进行检测，它应很容易进入原子结构内部，或者与核结合在一起…..。

由于拉塞福认为中子是质子和电子紧密结合所形成的中性复合粒子，因此提出各种促使质子与电子结合的实验方法来找寻中子。1911年随拉塞福来到卡文迪西实验室的查兑克，一直积极从事各种实验寻找所谓的中子，在拉塞福提出‘中性粒子’之后，十年过去了，传说中的中子一直未现身。

1930年，德国的玻特(Walther Bothe,1981~1957) 发表论文提出一个异常的现象，玻特和他的学生贝克(Herbert Becker)用钋发射的α射线轰击铍之后，产生了一种高能的穿透性辐射，将其称之为铍射线(beryllium radiation)。由于铍射线不带电，他们以为是一种特殊的γ射线。

玻特和贝克的实验，引起了约里奥居里夫妇(Frédéric and Irène Joliot-Curie，居里夫人的女儿和女婿)的注意。1931年，约里奥居里夫妇进行类似实验，发现这种铍射线穿透性之强的确前所未见。他们决定用对他们来说有深刻意义的钋（居里夫人发现的元素）来深入研究玻特和贝克的实验。1932年1月18日，他们有意想不到的重大发现，他们用铍射线去轰击石蜡(含有很多氢原子)，结果有很多速度很大的质子被打出来，遗憾的是，他们竟然还是以为这个超强铍射线是能量非常高的γ射线，而将这个新奇的实验结果解释为是由于康卜吞效应所致，即γ射线的光子撞击质子。

这里其实有一个严重的问题，如果用γ射线撞击中子，要使质子获得5.7 MeV的动能，那γ射线的能量必须高达52MeV，可是当时他们所认为的“γ射线”是钋放射源产生的α粒子撞击铍靶而来，中间并无加速的过程，能量不可能如此之高。事后诸葛的我们，为他们感到扼腕，但在当时，毫无‘中子’概念的他们，没想到这会是一种新粒子，其实是人之常情啊！

查兑克和拉塞福看到约里奥居里夫妇的报告时，敏锐的感觉这个超强铍射线很可能就是他们寻找已久的中子，查兑克认为从原子核所放出的光子或粒子的能量，一般仅为几个MeV而已，不可能高到52 MeV，因此他认为玻特所发现的新射线不是γ射线，而可能是拉塞福所找寻的中子。查兑克立刻进行实验与检验，测出这种粒子的质量，拉塞福在十二年假设的中子终于现身。

在约里奥居里夫妇发表论文的一个月后，查兑克于1932年2月17日在《自然》期刊发表题为《中子可能存在》的文章，接著又在《皇家学会会刊》发表题为《中子的存在》一文，详细报告他的实验结果与理论分析。他提出如果铍射线是γ射线，那么就会违背动量守恒和能量守恒定律，查兑克假设铍射线是由和质子相当的中性粒子组成，就可以符合弹性碰撞的动量守恒与能量守恒，他还用云雾室测出铍射线的粒子质量，发现和质子相当接近。

中子的用途

中子照相乃藉相片决定特定物体性质之一种方法。与Ｘ射线照相相较，由于中子极易与氢或含氢物质作用，故中子照相极适用于对塑胶、油、黏剂、水或其他种物质。

利用中子活化分析可同时决定多种微量元素。高灵敏、非破坏性及不受化学成份之影响为其优点。有些元素，在利用中子活化分析时，灵敏度可达10-12克。 中子活化分析所引用之原理甚为简单，即置样品于中子场中，经一段时间后取出，测定其所放出之伽马射线。

放射线用于治疗肿瘤，本世纪初即开始有人尝试。远在1903年，即居里夫人发现镭以后五年的光景，葛拉海穆贝尔（Alexander Graham Bell）先生即利用镭作治疗之用。直到现在放射线治疗已广泛被采用，主要依据原理，即异常细胞对放射线较敏感之故。除求治疗外，也有为减轻患者之痛苦为主要目的者。

在生命科学的研究中已多方面的用到了有关中子的技术，这包括了前述的放射性同位素、中子照相及活化分析等技术，除此之外，近年来利用慢中子散射的测定技术，对细胞组织及生物体之研究，在生物研究上正展开了一个新的领域。

虽然很多农业上的用途，只是直接应用了伽马射线，包括品种改良、食物保存及植物生长之控制等。追溯了这伽马射线源（通常如钴－六十），都是吸收中子而产生之放射性同位素。其他很多藉中子产生之同位素，已广泛应用于土壤、植物及生物营养之研究。有关肥料于植物中吸收情形，水床及其运动，均可藉放射性同位素示踪剂得知。

视频

Atomic Structure: Discovery of the Neutron