关于中子的一堆问题
由于靶核的吸收截面随着入射中子能量E的减小而增大(特别是低能区),说明热中子反应堆内的核裂变反应基本都是发生在低能区。也就是说,建造一个用低能中子引发裂变的核反应堆,要比建造用高能中子引发核裂变的反应堆容易的多。因此为了需要将热中子反应堆的中子慢化下来。
1.需要高温高压将原子核和中子加速到高速,足够使原子核裂变的能量来进行原子核碰撞。U-236很稳定,非高温下不会发生连锁裂变。
2.H核聚变需要的温度要高的多,比U核裂变要高出100倍甚至更多。
因为使其电子和质子结合成中子所要克服的“强力”(即基本粒子之间的斥力)是十分巨大的。
3.有钚的同位素,还有钍-239 等
4.“铀浓缩”即将铀提纯,使其纯度增高
中子和反中子都不带电菏,自旋相反,中子和反中子一旦相遇会湮灭成光子,能量100%释效。
其它一堆问题?见下三图:
图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特
①中子是由哪几个层子构成的?反中子呢?
中子由 2个下夸克(d) 和1个上夸克(u)组成,即 ddu
反中子由 2个反下夸克和1个反上夸克组成。
(注:夸克和层子是同一概念)
②中子和反中子有何不同?
从 ①的回答看出,它们的夸克组成不同。另外,对于中子,其自旋和磁矩方向相反,而对于反中子,自旋和磁矩方向平行。
③中子的质量是多少?
在基本粒子领域,习惯于用能量表示粒子的质量,二者之间通过爱因斯坦质能方程联系。中子的质量为 939 MeV。
④构成中子的各个层子的质量分别是多少?它们的质量和是多少?
就夸克而言,有 流夸克质量(current quark mass) 和裸质量(bare mass)之分。
下夸克的流质量为310MeV,裸质量为 1.5~4 MeV。
上夸克的流质量为310MeV,裸质量为 4~8 MeV。
流质量的质量和为 939 MeV,即与中子质量相当。
裸质量的质量和为 10 MeV 水平,远小于中子的质量。
⑤中子是否衰变?如果衰变,发生怎样的衰变?
自由的中子 以及非稳定核内的中子 都可以发生衰变。
中子衰变一般产生 质子+电子+中微子
⑥中子和反中子相遇,会发生什么现象?具体过程是什么
会发生湮灭反应
湮灭反应的具体过程因反应条件的不同而不同,种类繁多,例如 产生若干 π 介子。甚至可以说,只要满足基本的反应定律的湮灭反应都有可能发生。例如 能量守恒、电荷守恒、重子数守恒 等等。
中子的层次:一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。
反中子:中子的反粒子。它是1956年发现的。它的磁矩对于其自旋是反号的。反中子与核子相碰可湮没为π介子。
中子的重量:静止质量为1.675×10^-27kg。
中子衰变:中子是基本粒子的一种,是原子核的组成部分。1932年,英国物理学家乍得威克首次发现了中子。中子具有与质子大约相同的质量,属于重子类,由两个底夸克和一个顶夸克构成。绝大多数的原子核都由中子和质子组成(仅有一种氢原子的同位素例外,它由一个质子构成)。在原子核外,中子性质不稳定,半衰期为15分钟。
基本粒子学理论认为,所有与带电粒子碰撞的反应形式都应释放出光子。但由于光子的能量很小,技术上很难“捕获”。目前,通过实验观察到的中子衰变方式只有一种,即衰变成质子、电子和反中微子,而没有观察到释放出的光子。
多年来,一个由俄罗斯、比利时和德国科学家组成的国际科研小组,一直致力于中子衰变方式的研究。最近,研究人员使用三度重合的低能粒子记录技术:同时记录电子、光子的飞行时间和质子获得的脉冲能量,首次在实验中发现了中子的一种新衰变方式———放射β衰变,即衰变成质子、电子、反中微子和光子。实验还发现,平均300分之一的自由中子能够释放光子。
中子和反中子相撞:当一个粒子和它的反粒子碰撞时,它们就湮灭,只留下能量。所以,当一个中子和它的反中子碰撞时,它们就湮灭,只留下能量。
过程:
由于质子、中子是复合粒子,在当时这种极其混乱的环境中,正、反夸克不可能组合出对称的正、反质子和正、反中子,出现不对称是必然的,正、反夸克最终转化成强子可能出现四种情况:
(1)质子,中子
(2)质子,反中子
(3)反质子,中子
(4)反质子,反中子
其中在(2)、(3)这两种情况中出现质子(反质子)与反中子(中子)完全同量的可能性极小,而正、反中子会衰变成正、反质子,与前者碰撞又转化成光子,所以最终都会有正物质或反物质单独保存下来。其实“正”与“反”只不过是地球人类对它们作的标记。
事实上生成的质子多于反质子,中子多于反中子,即第1种情况。对称的正、反质子与正、反中子相互碰撞转化成光子,至10-2秒,只剩下质子与中子。这就是“正、反重子不对称的原因”。
中子是不带电的基本粒子,静止质量为1.675×10-27kg,它的半径约为O.8×10-15m,与质子大小类似。中子常用符号10n表示。
原子核由中子和质子组成,原子核内的中子是稳定的。
由于中子不带电,所以容易打进原子核内,引起各种核反应。
中子的自旋量子数为1/2。
中子的反粒子。它是1956年发现的。它的磁矩对于其自旋是反号的。反中子与核子相碰可湮没为π介子。
从现代基本粒子结构的研究知道,中子并不是不可分的基本粒子,而是由3个更基本的夸克粒子(简成夸克)组成的。现在通过许多的实验和理论研究已经知道,共有6种夸克,称为上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克。夸克又称层子,表示物质是由许多层次的基本粒子构成的,层子是其中一个层次的基本粒子。
我国提出的层子模型,当层子具有三重态时,它与夸克模型很相似,但是层子模型有一整套的数学计算,并考虑到粒子内部的动力学机制。当时曾预言,层子的质量至少比核子质量大10倍以上,所以认为3个层子组成的粒子,它的结合能很大(将在30Gev以上),比原子核中的核子平均结合能大1000倍以上。由此,曾预言可能存在一种“超强相互作用”。但是后来的实验结果表明,层子(或夸克)的质量不那么大,它们之间的相互作用也不一定很强。
中子是原子自我调整的产物,一个原子,其最重要的部分是质子和电子,质子和电子共同组成原子,完成原子及原子核的功能。但当原子核增大时原子核会遇到一个新问题:质子之间是靠核力相连接的,核力十分大,但这是有限度的,原子核增大,质子之间的库仑斥力也会增大,当这个斥力增大到一定程度时它就可以达到核力的程度,很明显,原子核的稳定需要核内质子的稳定,而如果质子之间的作用力不再能可靠地束缚住大家,或者质子间的斥力已经大于引力,这样的原子核就不可能稳定了,它必然要发生变化,严重者是分裂开,轻者发射贝它辐射,这就是大原子核不会全是质子的原因,这个现象对定量地了解核力是很有帮助的。
知道了上述道理,自然也就明白中子的作用了,中子只提供核力,但中子不带电荷,不会提供库仑斥力,这样中子可以有效的解决原子核的上述问题。
查德威克和中子的发现
查德威克(Chadwick Sir James)1891年10月生于英国曼彻斯特,1911年以优异成绩毕业于曼彻斯特大学物理学院,1911年~1913年在卢瑟福指导下在该大学从事放射性研究并获理学硕士学位。1923年被任命为卡文迪许实验室主任助理,至1935年。在这段时间里与卢瑟福合作,于1932年发现了中子。1935年获诺贝尔物理学奖。
1919年卢瑟福通过用α粒子轰击氮原子放出氢核,而发现了质子。1920年他在一次演说中谈到,既然原子中存在带负电的电子和带正电的质子,为什么不能存在不带电的“中子”呢?他当时设想的中子是电子与质子的结合物。1930年,德国物理学家博特和贝克尔用刚发明不久的盖革�缪勒计数器,发现金属铍在α粒子轰击下,产生一种贯穿性很强的辐射,当时他们认为这是一种高能量的硬γ射线。1932年约里奥·居里夫妇重复了这一实验,他们惊奇地发现,这种硬γ射线的能量大大超过了天然放射性物质发射的γ射线的能量。同时他们还发现,用这种射线去轰击石蜡,竟能从石蜡中打出质子来。约里奥·居里夫妇把这种现象解释为一种康普顿效应。但是打出的质子能量高达5.7MeV,按照康普顿公式,入射的γ射线能量至少应为50MeV,这在理论上是解释不通的。查德威克把这一情况报告了卢瑟福,卢瑟福听了后很兴奋激动,但他不同意约里奥·居里夫妇的解释。查德威克很快重做了上面的实验。他用α粒子轰击铍,再用铍产生的射线轰击氢、氮,结果打出了氢核和氮核。由此,他断定这种射线不可能是γ射线。因为γ射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量。他认为,只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子,才能解释。
他用仪器测量了被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出了这种新粒子的质量。查得威克还用别的物质进行实验,得出的结果都是这种未知粒子的质量与氢核的质量差不多。由于这种粒子不带电,所以叫做中子。后来更精确的实验测出,中子的质量非常接近于质子的质量,只比质子质量约大千分之一。�查德威克将他的研究成果写成论文“中子的存在”发表在皇家学会的学报上。查德威克从重复约里奥·居里夫妇的实验,到发现中子,前后不到一个月。这一方面是由于前人的工作为他打下了基础,主要的还是由于他能打破常规,有大胆的创新精神,敢于破除传统思想的束缚。而约里奥·居里夫妇虽然已经遇到了中子,由于没有作出正确的解释,而与中子失之交臂,错过了发现中子的机会。
美国能源部费米国家加速器实验室国际费米碰撞探测器(CDF)合作组的科学家23日说,他们利用Tevatron对撞机,成功地发现了两种罕见的粒子。经过鉴定,这两种粒子是最常见的质子和中子的“远亲”。
科学家认为,构成物质的基础是6种夸克,即上夸克(u)、下夸克(d)、奇夸克(s)、魅夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。在新发现的两种粒子中,一种是由两个上夸克加一个底夸克(u-u-b)组成,而另一种则是由两个下夸克加一个底夸克(d-d-b)组成。相比之下,质子由两个上夸克加一个下夸克(u-u-d)组成,而中子的构成是两个下夸克加一个上夸克(d-d-u)。
据报道,费米碰撞器合作组的科学家在实验中观察到了103个u-u-b新粒子,它们带正电荷,记为ób;此外还观察到了134个d-d-b新粒子,它们带负电荷,记为ób。在过去5年中,科学家是用对撞机让100万亿个高能质子-反质子发生碰撞,才获得了这些新粒子。科学家表示,新发现的粒子的单个重量均为质子单个重量的6倍,不过它们的“寿命”极短,“存活”不足1秒就会发生衰减。
人类目前所接触的物质都是由上夸克和下夸克组成的,含有其他夸克的物质虽然在开创宇宙“大爆炸”后的一瞬间十分丰富,但现在,也只能通过高能物理实验装置才能获得它们。根据粒子物理学的概念,新发现的粒子属于重子的范畴。夸克理论预测存在着6种含一个底夸克和自旋J=3/2的重子,现在,费米碰撞器合作组的科学家发现了其中的两种。
对于新发现的粒子,美国佛罗里达大学研究人员、费米碰撞器合作组发言人杰克布·科尼戈斯伯格说:“这些被称为ób的粒子如同我们从数据中挖掘出的稀世珍宝。现在我们正一点一点地认识夸克组成物质的全貌,不断了解凝聚和分离夸克的亚原子力。新的发现将帮助人类完成重子周期表。”
费米实验室具有发现粒子物理的传统,1977年和1995年,他们曾分别发现了底夸克和顶夸克。目前,国际费米碰撞探测器合作组共有700名科学家参与,分别来自13个参与国的61家研究机构。
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香港特别行政区15726985172: 关于质子和中子的问题?
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香港特别行政区15726985172: 中子射线是如何产生的!中子流是一系列的中子组成的吗?想问问关于核辐射中的中子射线是如何产生的?产生中子射线的危害有哪些? - ?
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