中子质量

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简介

中子也被称为物质的基本**构成要素**。中子的静止质量相当于1.67492749×10^-27 kg，略大于质子，但约为电子质量的1839倍。中子似乎不带电荷。中子在宇宙中广泛存在，占所有可见物质的一半以上。

中子的发现

中子的发现可以追溯到1930年，当时德国核物理学家赫伯特·贝克和瓦尔特·博特发现，当钋释放的α粒子撞击锂、铍和硼等较轻的材料时，会产生一种穿透性很强的辐射。这种辐射不受电场的影响，因此被认为是γ射线。

1932年，法国研究人员弗雷德里克和伊雷娜·约里奥-居里在研究原子时，注意到这种极具穿透力的辐射照射石蜡时会发射出高能质子（约5 MeV）。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳提出，**与原子核中质子相关的辐射**是由于存在一种中性粒子的缘故。

1920年，欧内斯特·卢瑟福也对原子核中存在中性粒子的可能性做出了类似的预测。为了命名这些带中性电荷的粒子，他提出了“中子”这个术语。

中子的来源和产生

中子有几个来源。以下是一些最佳选择。

裂变反应

• 对于此过程，只能使用某些选定的核，包括钚-239、铀-235和铀-233，来进行裂变链式反应。

• 在此过程中，几个原子核可能会随机分裂成两块。

• 这种原子核的分裂会导致中子的发射，而中子又可以引起更多原子核的裂变。

• 大多数情况下，我们使用铀-235，它占**天然铀**的0.7%。铀-235利用热中子进行**核裂变**，平均产生2.4个快中子，每次裂变释放约180 MeV的能量。

碎裂

• 在这种方法中，如果目标原子核受到**德布罗意波长**小于原子核半径的粒子的轰击，则会发生一系列这样的过程，称为“碎裂”。

• 碎裂源是一种**高通量中子发生器**。

• 在碎裂中，当高能质子与重靶材料碰撞时会产生中子。反应在特定的粒子能量阈值以上发生，通常在5到15 MeV之间。

高通量中子发生器

• 稠密等离子体聚焦过程的基础是利用氘或氚制成的瞬态等离子体的**核聚变**。

• 该装置利用**电磁压缩**和激发来产生短暂的等离子体。

• 当产生这种等离子体时，它足够热和稠密以引发核聚变和中子的发射。

中子发生器

• 在这种中子产生方法中，我们使用氘和氚，它们在放热事件中发生聚变，从而产生中子。

• 中子以14.1 MeV的动能产生。

• 当氘原子撞击氚靶时会产生中子。

• 这种方法可以在实验中以较小的规模进行，使用小型100 kV加速器。

• 使用这种方法，可以产生每秒1011个中子。

中子的探测

有一些探测中子的方法。

裂变腔

• 首先，我们使用浓缩的铀-235，通过喷涂将其用于腔体内壁的涂层。

• 然后，我们将中子转换成带电粒子，因为无法直接电离中子。

• 此外，一个自然单位会响应热中子而发生裂变。这种裂变会产生两个高能裂变碎片，这些碎片会电离腔室中的氩气。

• 这种氩气的电离代表了高度碎片化的中子的存在。

• 在这里，我们使用铀-235，因为它可以与γ射线一起使用，并且对**中子通量**更敏感。

活化箔

活化箔可用于定位中子。该技术基于中子活化。

• 在这种方法中，首先将样品暴露于中子辐射下，以产生特定的放射性核素。

• 我们得到的是产生放射性核素的元素的**放射性衰变**是独特的。

• 下一步，利用**γ谱学**，它检测特定能量的γ射线，我们识别放射性核素并计算元素浓度

• 在这里，我们使用特定材料进行该过程，例如铌、铁、金、铑、铟等，因为对于**中子的辐射俘获**，这些元素具有较大的截面。

• 因此，可以通过使用多个吸收体样本来表征**中子能谱**。

• 最后，通过计算薄箔的放射性强度，我们可以计算出有多少中子照射了薄箔。

应用

中子在现代科技时代非常重要。中子的一些常见应用如下。

• 我们使用中子启动核反应堆。

• 我们还在射线照相中使用中子。

• 基于中子使用的密度计和水分计。

• 在珠宝领域，中子用于**宝石着色**。

• 在物理和医学领域的多种研究中。

• 在校准灵敏设备时，我们也使用中子。

• 在军事领域，中子也被用于**触发核武器**。

结论

中子是不带电荷的亚原子粒子。这些粒子是在20世纪初发现的。中子有各种来源，尽管核裂变是最流行和最传统的来源。此外，为了探测中子，我们可以使用活化箔法和裂变腔法。中子在现代科技时代非常有用。

常见问题

1. 中子治疗有什么用途？

这是一种非常有用的治疗肿瘤的方法。大多数情况下，当传统方法由于某些严重后果而无法使用时，会使用这种方法。

2. 中子的半衰期是多少？

核外中子的半衰期为10.4分钟，在衰变过程中会释放出等于1.29 MeV的能量。

3. 什么是中子能谱？

它是一个光谱或表示，显示了介质中中子能量的总分布。

4. 中子的反粒子是什么？

中子的反粒子是反中子。反粒子是指质量相同但电荷相反的粒子。

5. 中子的静止质量用amu单位是多少？

当中子处于静止状态时，其质量为1.0086649 amu。一个amu等于碳原子质量的$\frac{1}{12}$。