中子質量

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簡介

中子也被稱為物質的基本**構成要素**。中子的靜止質量相當於1.67492749×10^-27 kg，略大於質子，但約為電子質量的1839倍。中子似乎不帶電荷。中子在宇宙中廣泛存在，佔所有可見物質的一半以上。

中子的發現

中子的發現可以追溯到1930年，當時德國核物理學家赫伯特·貝克和瓦爾特·博特發現，當釙釋放的α粒子撞擊鋰、鈹和硼等較輕的材料時，會產生一種穿透性很強的輻射。這種輻射不受電場的影響，因此被認為是γ射線。

1932年，法國研究人員弗雷德里克和伊雷娜·約里奧-居里在研究原子時，注意到這種極具穿透力的輻射照射石蠟時會發射出高能質子（約5 MeV）。義大利物理學家埃託雷·馬約拉納提出，**與原子核中質子相關的輻射**是由於存在一種中性粒子的緣故。

1920年，歐內斯特·盧瑟福也對原子核中存在中性粒子的可能性做出了類似的預測。為了命名這些帶中性電荷的粒子，他提出了“中子”這個術語。

中子的來源和產生

中子有幾個來源。以下是一些最佳選擇。

裂變反應

• 對於此過程，只能使用某些選定的核，包括鈽-239、鈾-235和鈾-233，來進行裂變鏈式反應。

• 在此過程中，幾個原子核可能會隨機分裂成兩塊。

• 這種原子核的分裂會導致中子的發射，而中子又可以引起更多原子核的裂變。

• 大多數情況下，我們使用鈾-235，它佔**天然鈾**的0.7%。鈾-235利用熱中子進行**核裂變**，平均產生2.4個快中子，每次裂變釋放約180 MeV的能量。

碎裂

• 在這種方法中，如果目標原子核受到**德布羅意波長**小於原子核半徑的粒子的轟擊，則會發生一系列這樣的過程，稱為“碎裂”。

• 碎裂源是一種**高通量中子發生器**。

• 在碎裂中，當高能質子與重靶材料碰撞時會產生中子。反應在特定的粒子能量閾值以上發生，通常在5到15 MeV之間。

高通量中子發生器

• 稠密等離子體聚焦過程的基礎是利用氘或氚製成的瞬態等離子體的**核聚變**。

• 該裝置利用**電磁壓縮**和激發來產生短暫的等離子體。

• 當產生這種等離子體時，它足夠熱和稠密以引發核聚變和中子的發射。

中子發生器

• 在這種中子產生方法中，我們使用氘和氚，它們在放熱事件中發生聚變，從而產生中子。

• 中子以14.1 MeV的動能產生。

• 當氘原子撞擊氚靶時會產生中子。

• 這種方法可以在實驗中以較小的規模進行，使用小型100 kV加速器。

• 使用這種方法，可以產生每秒1011箇中子。

中子的探測

有一些探測中子的方法。

裂變腔

• 首先，我們使用濃縮的鈾-235，透過噴塗將其用於腔體內壁的塗層。

• 然後，我們將中子轉換成帶電粒子，因為無法直接電離中子。

• 此外，一個自然單位會響應熱中子而發生裂變。這種裂變會產生兩個高能裂變碎片，這些碎片會電離腔室中的氬氣。

• 這種氬氣的電離代表了高度碎片化的中子的存在。

• 在這裡，我們使用鈾-235，因為它可以與γ射線一起使用，並且對**中子通量**更敏感。

活化箔

活化箔可用於定位中子。該技術基於中子活化。

• 在這種方法中，首先將樣品暴露於中子輻射下，以產生特定的放射性核素。

• 我們得到的是產生放射性核素的元素的**放射性衰變**是獨特的。

• 下一步，利用**γ譜學**，它檢測特定能量的γ射線，我們識別放射性核素並計算元素濃度

• 在這裡，我們使用特定材料進行該過程，例如鈮、鐵、金、銠、銦等，因為對於**中子的輻射俘獲**，這些元素具有較大的截面。

• 因此，可以透過使用多個吸收體樣本來表徵**中子能譜**。

• 最後，透過計算薄箔的放射性強度，我們可以計算出有多少中子照射了薄箔。

應用

中子在現代科技時代非常重要。中子的一些常見應用如下。

• 我們使用中子啟動核反應堆。

• 我們還在射線照相中使用中子。

• 基於中子使用的密度計和水分計。

• 在珠寶領域，中子用於**寶石著色**。

• 在物理和醫學領域的多種研究中。

• 在校準靈敏裝置時，我們也使用中子。

• 在軍事領域，中子也被用於**觸發核武器**。

結論

中子是不帶電荷的亞原子粒子。這些粒子是在20世紀初發現的。中子有各種來源，儘管核裂變是最流行和最傳統的來源。此外，為了探測中子，我們可以使用活化箔法和裂變腔法。中子在現代科技時代非常有用。

常見問題

1. 中子治療有什麼用途？

這是一種非常有用的治療腫瘤的方法。大多數情況下，當傳統方法由於某些嚴重後果而無法使用時，會使用這種方法。

2. 中子的半衰期是多少？

核外中子的半衰期為10.4分鐘，在衰變過程中會釋放出等於1.29 MeV的能量。

3. 什麼是中子能譜？

它是一個光譜或表示，顯示了介質中中子能量的總分佈。

4. 中子的反粒子是什麼？

中子的反粒子是反中子。反粒子是指質量相同但電荷相反的粒子。

5. 中子的靜止質量用amu單位是多少？

當中子處於靜止狀態時，其質量為1.0086649 amu。一個amu等於碳原子質量的$\frac{1}{12}$。