📌  相关文章
📜  中子——发现、定义、特征、应用

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:54:17.874000             🧑  作者: Mango

中子——发现、定义、特征、应用

英国物理学家詹姆斯查德威克于 1932 年发现了中子。世界各地的许多研究人员在发现中子仅仅几年后就开始研究它的性质和相互作用。当被中子撞击时，许多元素会发生裂变，这是一种核过程，其中重物质的核分裂成两个几乎相等的较小碎片。在整个反应过程中，每个裂变核都会释放出额外的自由中子，以及与裂变碎片结合的中子。

在科学家恩里科·费米的指导下，一组美国研究人员于 1942 年证明，在裂变过程中产生了足够的自由中子来维持连锁反应。这一突破为原子弹的研制铺平了道路。随着技术的发展，核能被用于大规模生产大量电力。制造大量用于多种用途的放射性同位素的能力是通过在核反应堆中受到高中子强度的原子核吸收中子来实现的。此外，中子已成为纯研究中的重要工具。

了解物质的结构需要了解其性质和结构。中子诱发的核反应提供了有关原子核及其结合力的重要信息。

什么是中子？

中子和质子一起被称为核子，因为它们在原子核内的行为方式非常相似。核子的质量可以大致近似为至少一个质量单位（通常缩写为 amu）。研究中子性质以及这些亚原子粒子与不同物质和非粒子辐射的相互作用的科学分支称为原子物理学。

中子存在于原子核内，氢原子不包含原子核。作为质子和中子，它们都存在于原子核内部，它们统称为核子。

中子的发现

在卢瑟福原子核模型的帮助下，注意到了中子的存在。中子的发现有几点需要注意。 （它还为我们提供了有关组成粒子排列的重要信息）

  • 在这个实验中，大部分 α 粒子通过时没有被反射。
  • 其中一些偏离较小的角度，一些偏离大于 180 度的角度。
  • 因此它表明在原子的中间部分存在一个粒子，即原子核；它标志着质量粒子的存在，中子是在 1932 年晚些时候由詹姆斯查德威克发现的。

中子的发现

由于电子的质量可以忽略不计，这意味着原子的质量仅归因于质子，但这会在模型中产生问题，因此表明存在一些具有与质子质量相同的质子的中性粒子必须存在于原子中。卢瑟福意识到，除非存在另一个粒子，否则无法确定不同物种的原子质量，因此，卢瑟福在 1920 年指出存在一种质量等于质子质量的中性粒子。詹姆斯查德威克在 1932 年研究原子的人工嬗变过程中，发现了卢瑟福在 1920 年指出的一种粒子。当快速移动的 α 粒子被薄薄的铍箔轰击时，铍变成碳并发射出中性粒子与质子质量相同。这种新的基本粒子因其中性性质而被命名为中子，并且在许多其他反应中也发现了该粒子。

中子的电荷和质量

  • 中子没有与之相连的电荷。因此，中子是带中性电荷的亚原子粒子。
  • 一个中子的质量约为 1.008 个原子质量单位。以千克为单位测量时，中子的质量约为 1.674 × 10 -27 kg。
  • 因为中子没有电荷，所以不能用质谱法直接估计它们的质量。
  • 通过从氘核的质量中减去质子的质量（氘是在其原子结构中具有一个质子、一个电子和一个中子的氢同位素），可以计算出中子的质量。
    因为与质子和中子相比，电子的质量非常小，所以可以通过从氘原子的质量中减去质子的质量来估算中子的质量。

中子的特性

  1. 中子的磁矩不等于零，尽管它们被认为是中性粒子。尽管电场对中子没有影响，但磁场对这些亚原子粒子有影响。
  2. 中子的穿透力很强，虽然不如宇宙射线。他们还不能电离气体。
  3. amu 中原子的近似质量等于原子中存在的中子和质子的总和（原子质量单位）。它的质量是通过从原子质量中减去质子的质量来计算的。
  4. 磁场影响这些亚原子粒子，而电场对它们没有影响。它的磁场与夸克的子结构和电荷的内部分布有关。
  5. 中子由三个夸克组成，夸克是赋予中子磁性的基本粒子。

下表显示了与中子相关的其他重要特征：

Symbol

n

Nature

Neutral

Relative mass 

Equal to H atom         

Actual mass

1.6 × 10-27 kg

原子的原子质量和原子序数可以表示为：

中子的应用

  1. 中子是高度电离和穿透性粒子，可用于硼捕获疗法和医疗应用。然而，当被吸收时，它们会激活物质并使其具有放射性。
  2. 它在核反应中具有重要意义（特别是对中子行为的理解有助于制造核武器和反应堆）。
  3. 中子活化分析 (NAA) 方法用于研究核反应堆中材料的简单样本，中子发射器用于定位环境中的轻原子核。
  4. 它用于医学中子断层扫描，但它具有不利的副作用，使患处具有放射性，因此不经常使用。当时正在研制中子透镜。
  5. 它用于硼捕获治疗，该治疗使用微小的中子束来治疗癌症。中子辐射传递到恶性区域的能量比伽马辐射传递的能量大几个数量级。
  6. 由于原子核吸收，铀 235 和钚 239 实际上总是用于核裂变反应堆。
  7. 暖、热和冷中子应用用于核散射设施，其中辐射用于在 X 射线研究中凝聚物质。

示例问题

问题 1：定义术语 Nucleon。

解决方案：

问题2：计算钠原子中的中子数。

解决方案：

问题3：氮的原子质量是多少？

解决方案：

问题4：如果原子包含带电粒子，为什么它们不带电荷？

解决方案：

问题 5：碳有多少个中子？

解决方案：