為什么原子中存在中子？ 中子在原子中有什么意義??？

【專家解說】：中子(neutron)是組成原子核的核子之一。中子是1932年B.查德威克用a粒子轟擊的實驗中發(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 。 自由中子是不穩(wěn)定的粒子，可通過弱作用衰變?yōu)橘|(zhì)子，放出一個電子和一個反電子 中微子，平均壽命為896秒。中子是費米子，遵從費米-狄拉克分布和泡利不相容原理。中子和質(zhì)子是同一種粒子的兩種不同電荷狀態(tài)，其同位旋為 1／2 ，中子的同位旋第三分量I3＝－1／2。 中子是組成原子核構成化學元素不可缺少的成分，雖然原子的化學性質(zhì)是由核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)目確定的，但是如果沒有中子，由于帶正電荷質(zhì)子間的排斥力，就不可能構成除氫之外的其他元素。在輕核中含有幾乎相等數(shù)目的中子和質(zhì)子；在重核中，中子數(shù)則大于質(zhì)子數(shù)，例如中共有146個中子和92個質(zhì)子。對于一定質(zhì)子數(shù)的核，中子數(shù)可以在一定范圍內(nèi)取幾種不同的值，形成一個元素的不同同位素。 編輯本段結構 本段中子不帶電而具有磁矩。高能電子、μ子或中微子轟擊中子的散射實驗顯示中子內(nèi)部的電荷和磁矩有一定的分布，說明中子不是點粒子，而具有一定的內(nèi)部結構。中子是由3個更深層次的粒子——夸克構成的。 編輯本段用途 本段中子是研究核反應很好的轟擊粒子，由于它不帶電，即使能量很低，也能引起核反應（見中子核反應）。中子還在核裂變反應中起重要作用。電中性的中子不能產(chǎn)生直接的電離作用，無法直接探測，只能通過它與核反應的次級效應來探測。 根據(jù)微觀粒子的波粒二象性，中子具有波動性，慢中子的波長約10-10米，與晶體內(nèi)原子間距相當。中子衍射是研究晶體結構的重要技術。 中子是不帶電的基本粒子，靜止質(zhì)量為1.675×10^-27kg,它的半徑約為O.8×10^-15m，與質(zhì)子大小類似。中子常用符號n表示。 ①1932年英國物理學家查德威克在做了用α粒子轟擊硼的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子。 ②單獨存在的中子是不穩(wěn)定的，平均壽命約為16分，它將衰變成質(zhì)子、電子和反中微子ν。 ③原子核由中子和質(zhì)子組成，原子核內(nèi)的中子是穩(wěn)定的。 ④由于中子不帶電，所以容易打進原子核內(nèi)，引起各種核反應。 ⑤中子的自旋量子數(shù)為1／2。 ⑥中子包含兩個具有 -1/3 電荷的下夸克和一個具有 +2/3 電荷的上夸克，其總電荷為零。 編輯本段中子與中子彈 1999年5月25日，以美國眾院政策委員會主席考克斯為首的調(diào)查委員會，無端指責中國竊取了美國尚未部署的中子彈。這完全是使用謊言加捏造編制出來的。 1930年發(fā)現(xiàn)用α粒子轟擊鈹時會產(chǎn)生一種看不見的貫穿能力很強的不帶電粒子，盧瑟福的學生查德威克進一步研究證明了這種粒子質(zhì)量與質(zhì)子相差不多的不帶電粒子是盧瑟福曾經(jīng)預見的中子。 有的讀者看到這里也許會問：中子彈是一種什么武器？它與核武器有什么不同？ 原子彈和氫彈，我們大家都很熟悉了，原子彈、氫彈、中子彈是核武器家族中的3個重要成員。為了了解中子彈，我們有必要了解一下什么叫“中子”。 中子是構成物質(zhì)原子核的基本粒子之一，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同。中子不帶電，從原子核分裂出來的中子很容易進入原子核，人們利用中子的這個特性，用它轟擊原子核來引出核子反應。這就是中子彈。中子彈在爆炸釋放大量的高能中子，是以高能中子輻射為主主要殺傷的小型氫彈。 我們知道，每一種武器都具有和輻射、沖擊波、光輻射等殺傷力，中子彈也有核武器的這些特性，但是中子彈的殺傷特性主要不是在這些方面，中子彈主要是靠中子的輻射起到殺傷作用，它可以在有效的范圍內(nèi)殺傷坦克裝甲車輛或建筑內(nèi)的人員。如果有一個100噸TNT（即黃色炸藥）當量的中子彈，在距離爆炸中心800米的核輻射劑量，是同等當量的裂變核武器的幾十倍，但是它爆炸時產(chǎn)生的沖擊波對建筑物的破壞半徑只有300米~400米。也就是說，如果有一枚千噸級當量的中子彈在戰(zhàn)場上爆炸，那么800米范圍內(nèi)的人員會被殺傷，被殺傷的人員并不是馬上死去，而是慢慢地非常痛苦地死去，受傷者最長可以拖過7天的時間。在中子彈爆炸的300米范圍之外的建筑和設施，可以毫發(fā)不損，可是建筑物中的人員卻不能幸免于難。中子彈的這種特性，很適合在戰(zhàn)場上作為戰(zhàn)術核武器使用。 中子彈是什么時候誕生的呢？它誕生于50年代，是由美國加州大學的一個實驗室開發(fā)而成的。隨后，掌握了核武器的國家紛紛開始研制中子彈。1981年，卡特總統(tǒng)批準了中子彈的生產(chǎn)計劃。里根總統(tǒng)上臺后，下令生產(chǎn)“長矛”導彈的中子彈頭和可以用榴彈炮發(fā)射的中子彈頭。美軍現(xiàn)在已經(jīng)有了203毫米榴彈炮的中子彈頭和155毫米中子彈的彈頭。這兩種用炮彈發(fā)射的中子彈是目前世界上當量最小的中子彈。目前中子彈并沒有在戰(zhàn)場上投入使用。 中子彈可以用飛機、導彈、榴彈炮來發(fā)射。美、英、法、俄的許多戰(zhàn)斗機經(jīng)過改裝都可以發(fā)射帶有中子彈頭的對地導彈。 目前世界上有哪些國家具備了生產(chǎn)中子彈的能力呢？可以毫不夸張地說，凡是擁有氫彈的國家，都具備了生產(chǎn)中原子彈的能力。 編輯本段中子核反應 中子核反應 neutron induced nuclear reaction 中子同原子核相互作用引起的核反應。中子的重要特征是不帶電，不存在庫侖勢壘的阻擋，這就使得幾乎任何能量的中子同任何核素都能發(fā)生反應，在實際應用中，低能中子的反應起更重要的作用。 中子核反應主要有：① 中子裂變反應。某些重核如235U俘獲中子發(fā)生裂變，記作（n，f），裂變同時還放出2～3個瞬發(fā)中子，并釋放很大的裂變能，這種中子的增殖可使裂變反應持續(xù)不斷進行，形成裂變鏈式反應，這是獲取核能的重要途徑。②中子輻射俘獲。中子被核俘獲后形成復合核，然后通過放出一個或多個γ光子退激 ，記作（ n，γ ）研究γ射線的能譜可以得到復合核能級結構、輻射過程性質(zhì)的信息，（ n，γ ）反應對一切穩(wěn)定核都是重要的，甚至中子能量很低時也能發(fā)生，（n，γ） 反應還是生產(chǎn)核燃料 、超鈾元素等的重要反應 。 此外 ，還有中子的彈性散射和非彈性散射；中子被核吸收可放出 2個、3 個…中子的（ n，2n ），（ n ，3n）…反應；發(fā)射帶電粒子的（n，X）反應以及吸收中子不放出中子的中子吸收等等。 中子核反應在研究核結構和核反應機制及核能利用中占重要地位。 編輯本段四中子 “四中子”又稱為“零號元素”。 法國里昂的科學家發(fā)現(xiàn)一種只有四個中子構成的粒子,這種粒子被稱為"四中子",也有人稱之為"零號元素"。它與天體中的中子星構成類似。 它的特性為: 1.該微粒不顯電性 2.它與普通中子互稱為同位素 四年前，法國一部粒子加速器上發(fā)現(xiàn)了六個不可能存在的粒子，它們擁有四個違背物理法則被捆綁在一起的中子，被稱為“四中子”。 法國科學家米格爾·馬克和他的同事們正在準備利用加內(nèi)爾加速器再進行一次試驗，如果他們成功的話，這些核團簇將迫使我們對原子核之間的結合力量進行重新考慮。在上一次試驗中，研究小組向一個小型碳目標發(fā)射鈹原子，對射入四周粒子探測器的殘片進行分析，想要找到擊中探測器的四個分離中子。結果他們僅在一個探測器中找到了射線的痕跡，證據(jù)表明有四個中子進入了探測器。當然，他們的發(fā)現(xiàn)可能是個巧合，四個中子只是在同一時間擊中了同一地方，但這在理論上是完全不可能的。 很多人都會認為，四中子是無稽之談，因為按照標準的粒子物理模式，四中子是不可能存在的。根據(jù)保利排他理論，即使是兩個質(zhì)子或中子都是無法在同一系統(tǒng)中擁有相同量子屬性的。事實上，核力再強也無法將兩個中子結合在一起，更不用說四個了。馬克的小組對他們看到的結果非常迷惑，在自己的研究報告中都沒敢寫出相關數(shù)據(jù)。 還有很多更為有力的證據(jù)說明四中子的存在值得懷疑，如果你修改物理法則允許四中子存在的話，這個世界將變成另外一個樣子：大爆炸后各種元素的形成將不會按照我們現(xiàn)在看到的樣子進行，更糟的是，這些元素會迅速變重，超出宇宙所能承受的范圍，或許宇宙會在擴張成形之前就提前崩潰了。然而，這種推斷也存在漏洞，現(xiàn)有的理論的確支持四中子的存在，雖然只是一種隨機的短命粒子。有科學家指出，四個中子同時擊中探測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質(zhì)的理論，這些星體中有大量的中子結合在一起，說明宇宙中存在一種無法解釋的力量實現(xiàn)了它們的相聚。 編輯本段中子星 1932年發(fā)現(xiàn)中子后不久，朗道就提出可能有由中子組成的致密星。1934年巴德和茲威基也分別提出了中子星的概念，而且指出中子星可能產(chǎn)生于超新星爆發(fā)。1939年奧本海默和沃爾科夫通過計算建立了第一個中子星的模型。 中子星是處于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恒星，其質(zhì)量更大罷了。根據(jù)科學家的計算，當老年恒星的質(zhì)量大于十個太陽的質(zhì)量時，它就有可能最后變?yōu)橐活w中子星，而質(zhì)量小于十個太陽的恒星往往只能變化為一顆白矮星。 中子星又稱為脈沖星。 脈沖星，就是變星的一種。脈沖星是在1967年首次被發(fā)現(xiàn)的。當時，還是一名女研究生的貝爾，發(fā)現(xiàn)狐貍星座有一顆星發(fā)出一種周期性的電波。經(jīng)過仔細分析，科學家認為這是一種未知的天體。因為這種星體不斷地發(fā)出電磁脈沖信號，人們就把它命名為脈沖星。 脈沖星發(fā)射的射電脈沖的周期性非常有規(guī)律。一開始，人們對此很困惑，甚至曾想到這可能是外星人在向我們發(fā)電報聯(lián)系。據(jù)說，第一顆脈沖星就曾被叫做“小綠人一號”。 經(jīng)過幾位天文學家一年的努力，終于證實，脈沖星就是正在快速自轉的中子星。而且，正是由于它的快速自轉而發(fā)出射電脈沖。