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中子特征

(壹)電荷

中子是不帶電的中性粒子,這和壹切實驗事實符合。實驗表明,如果中子可能帶有很小的、實驗難以探測的電荷的話,這個電荷也小於電子電荷的10-8。

由於中子不帶電,它和物質作用的特點就與帶電粒子完全不同。中子不帶電,因此在電場中不受電場力作用。中子與物質作用時,將物質可分為兩類微觀粒子:電子與原子核。中子和電子之間沒有庫侖的作用,它們的作用表現為互相碰撞。由於電子的質量比中子的質量小很多,因此,即使發生碰撞,也改變不了中子的運動方向和運動速度;同時電子也不能從中子那兒獲得能量,所以中子和電子的碰撞結果並不能改變中子的運動狀態。我們也無法觀察出這種作用,所以可以認為中子和電子之間沒有明顯的相互作用,那麽中子和物質的相互作用就主要表現為中子和原子核之間的作用。中子和原子核的作用也不是庫侖力的相互作用,而是中子和原子核之間的碰撞或復合;中子只有與核碰撞時才能損失能量,同時由於碰撞使得中子能在物質內擴散。中子與原子核發生反應時,其反應截面與原子核的核電荷數Z無關,只與原子核的質量數A以及中子本身能量有關。

由於中子與電子之間沒有明顯的相互作用,中子不能使物質電離,因此它在物質中的穿透能力很強。同時我們也無法利用中子與物質電離或激發去直接探測中子,而只能通過測量中子核反應中發射的帶電粒子或γ射線來進行間接的探測。

(二)中子的質量

中子的質量可以由實驗來確定,其靜止質量為

mn=1.008665u=1.6749543×10-27kg

(三)中子的自旋

不論是自由中子還是原子核內的束縛中子,都存在著自旋運動,它們的自旋量子數 。中子的自旋猶如原子核的自旋運動壹樣,不能簡單地理解為壹個質點繞自身軸的運動,因為中子具有復雜的內部結構。

(四)中子的磁矩

中子雖然不帶電,但它卻有壹定的磁矩。這正說明中子具有相當復雜的內部結構。人們認為中子是壹個帶正電的核與核外帶負電的π介子雲組成的。中子的磁矩為

μn=-1.91280μN

式中:μN為核磁子;負號表示磁矩的方向與自旋角動量的方向相反。中子的磁矩小於質子的磁矩,質子的磁矩為μp=2.79μN,而兩者都大大地小於電子的磁矩。

(五)中子的壽命

中子的靜止質量大於質子和電子的靜止質量之和。因而中子是不穩定的,會自發地產生β衰變:

放射性勘探方法

Q=(782±13)keV

是反中微子。中子的半衰期T1/2=(11.7±0.3)min,因此可以認為在自然界中不存在自由中子。