中子

中子（英語：Neutron）是一種電中性的粒子，具有略大於質子的質量。中子屬於重子類，由兩個下夸克、一個上夸克和用於在它們三者之間作用的膠子共同構成。夸克的靜質量只貢獻出大約1%質子質量，剩餘的質子質量主要源自於夸克的動能與綑綁夸克的膠子場的能量。絕大多數的原子核都由中子和質子組成（僅有氫例外，它僅由一個質子構成）。在原子核外，自由中子性質不穩定，平均壽命約為15分鐘。中子衰變時釋放一個電子和一個反微中子而成為質子（β衰變）。同樣的衰變過程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和質子可以通過吸收和釋放π介子互相轉換。

目錄

中子的發現

1920年，拉塞福應邀為貝克講座(Bakerian Lecture)做演講，他說明有關同位素的情況，並提出有『中性粒子』存在於原子核裡的猜測。拉塞福說：在某些情況下，也許有可能由一個電子和氫核緊密的結合在一起，組成一種中性的雙子(doublet)。這樣的中性粒子也許有很新穎的特性，因為它的電荷為零，可能可以很自由的穿越物質，它的存在也許很難用光譜儀進行檢測，它應很容易進入原子結構內部，或者與核結合在一起…..。

由於拉塞福認為中子是質子和電子緊密結合所形成的中性複合粒子，因此提出各種促使質子與電子結合的實驗方法來找尋中子。1911年隨拉塞福來到卡文迪西實驗室的查兌克，一直積極從事各種實驗尋找所謂的中子，在拉塞福提出『中性粒子』之後，十年過去了，傳說中的中子一直未現身。

1930年，德國的玻特(Walther Bothe,1981~1957) 發表論文提出一個異常的現象，玻特和他的學生貝克(Herbert Becker)用釙發射的α射線轟擊鈹之後，產生了一種高能的穿透性輻射，將其稱之為鈹射線(beryllium radiation)。由於鈹射線不帶電，他們以為是一種特殊的γ射線。

玻特和貝克的實驗，引起了約里奧居里夫婦(Frédéric and Irène Joliot-Curie，居里夫人的女兒和女婿)的注意。1931年，約里奧居里夫婦進行類似實驗，發現這種鈹射線穿透性之強的確前所未見。他們決定用對他們來說有深刻意義的釙（居里夫人發現的元素）來深入研究玻特和貝克的實驗。1932年1月18日，他們有意想不到的重大發現，他們用鈹射線去轟擊石蠟(含有很多氫原子)，結果有很多速度很大的質子被打出來，遺憾的是，他們竟然還是以為這個超強鈹射線是能量非常高的γ射線，而將這個新奇的實驗結果解釋為是由於康卜吞效應所致，即γ射線的光子撞擊質子。

這裡其實有一個嚴重的問題，如果用γ射線撞擊中子，要使質子獲得5.7 MeV的動能，那γ射線的能量必須高達52MeV，可是當時他們所認為的「γ射線」是釙放射源產生的α粒子撞擊鈹靶而來，中間並無加速的過程，能量不可能如此之高。事後諸葛的我們，為他們感到扼腕，但在當時，毫無『中子』概念的他們，沒想到這會是一種新粒子，其實是人之常情啊！

查兌克和拉塞福看到約里奧居里夫婦的報告時，敏銳的感覺這個超強鈹射線很可能就是他們尋找已久的中子，查兌克認為從原子核所放出的光子或粒子的能量，一般僅為幾個MeV而已，不可能高到52 MeV，因此他認為玻特所發現的新射線不是γ射線，而可能是拉塞福所找尋的中子。查兌克立刻進行實驗與檢驗，測出這種粒子的質量，拉塞福在十二年假設的中子終於現身。

在約里奧居里夫婦發表論文的一個月後，查兌克於1932年2月17日在《自然》期刊發表題為《中子可能存在》的文章，接著又在《皇家學會會刊》發表題為《中子的存在》一文，詳細報告他的實驗結果與理論分析。他提出如果鈹射線是γ射線，那麼就會違背動量守恆和能量守恆定律，查兌克假設鈹射線是由和質子相當的中性粒子組成，就可以符合彈性碰撞的動量守恆與能量守恆，他還用雲霧室測出鈹射線的粒子質量，發現和質子相當接近。

中子的用途

中子照相乃藉相片決定特定物體性質之一種方法。與Ｘ射線照相相較，由於中子極易與氫或含氫物質作用，故中子照相極適用於對塑膠、油、黏劑、水或其他種物質。

利用中子活化分析可同時決定多種微量元素。高靈敏、非破壞性及不受化學成份之影響為其優點。有些元素，在利用中子活化分析時，靈敏度可達10-12克。 中子活化分析所引用之原理甚為簡單，即置樣品於中子場中，經一段時間後取出，測定其所放出之伽馬射線。

放射線用於治療腫瘤，本世紀初即開始有人嘗試。遠在1903年，即居里夫人發現鐳以後五年的光景，葛拉海穆貝爾（Alexander Graham Bell）先生即利用鐳作治療之用。直到現在放射線治療已廣泛被採用，主要依據原理，即異常細胞對放射線較敏感之故。除求治療外，也有為減輕患者之痛苦為主要目的者。

在生命科學的研究中已多方面的用到了有關中子的技術，這包括了前述的放射性同位素、中子照相及活化分析等技術，除此之外，近年來利用慢中子散射的測定技術，對細胞組織及生物體之研究，在生物研究上正展開了一個新的領域。

雖然很多農業上的用途，只是直接應用了伽馬射線，包括品種改良、食物保存及植物生長之控制等。追溯了這伽馬射線源（通常如鈷－六十），都是吸收中子而產生之放射性同位素。其他很多藉中子產生之同位素，已廣泛應用於土壤、植物及生物營養之研究。有關肥料於植物中吸收情形，水床及其運動，均可藉放射性同位素示蹤劑得知。

視頻

Atomic Structure: Discovery of the Neutron