中子物理.PDF

第十章 中子物理 中子物理和核裂变物理是核物理学中相对独立的两个分支。 中子物理主要研究中子、中子和物质相互作用的性质。 中子物理的发展，对原子核理论的研究，对原子核基本性 质的了解，是很重要的。在历史上，中子工作对于裂变的发 现与研究、核反应理论的建立与发展，起过重要的作用。 中子物理和其他学科相结合，在工、农、医等方面的应用 都取得了明显效果，产生了一些有生命力的边缘学科。如： 中子活化分析、中子测井、中子成像、中子辐射育种、中子 治癌（中子刀）。 10.1 中子的基本性质 目前关于中子的实验结果如下： 1）质量： mn 1.0086649u 939.5653MeV c2 m 1.007825u 938.7830MeV c2 H 1 2）自旋：s n 2 是费米子，服从费米统计；遵守泡利不相容原理。 3）电荷：总体是电中性的。 但实验结果显示，中子具有内部的电荷分布，中子包含 两个具有-1/3 电荷的下夸克和一个具有+2/3 电荷的上夸 克，其总电荷为零。（比较：质子由两个+2/3 电荷的上夸克 和一个-1/3 电荷的下夸克通过胶子在强相互作用下构成。） 10.1 中子的基本性质 4）磁矩：在第一章已指出，中子的磁矩不为零，较 为精确的结果是，负号表示磁矩矢量与自旋角动量矢量 方向相反。磁矩结构有一定分布，其均方根半径约为 0.9fm 。由于中子有磁矩，可以产生极化中子束。 5）寿命：核内中子稳定，但自由中子是不稳定的。 一个自由中子会自发地转变成一个质子、一个电子 − （β 粒子）和一个反中微子，并放出0.782 MeV的能量。 自由中子的不稳定性反映出中子静止质量稍大于氢原子质 量这个事实。自由中子的半衰期为（10.61±0.16 ）min。 10.1 中子的基本性质 6）能量：由于产生方式不同，以及产生后遇到的环 境各异，中子能量可高达GeV，亦可低到neV。因为不 同能量的中子与物质作用特性不同，通常将中子按能量 不同分成以下几类： ① 特快中子： E 10MeV n ② 快中子： 0.5MeV E 10MeV n ③ 中能中子： 1keV E 500keV n ④ 慢中子： 0 E 1keV n 其中 E ≈0.0253eV 的中子称为热中子。 n 10.1 中子的基本性质 7）中子具有强的穿透能力：它与物质中原 子的电子相互作用很小，基本不会使原子电离 和激发而损失其能量，故比带电粒子有强得多 的穿透能力。中子在物质中损失能量的主要机 制是与原子核发生碰撞。 10.2 中子源 我们要研究中子，中子与物质的相互作用，首先必 须了解中子如何产生，即