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中子的质量

已有 631 次阅读 2022-9-21 21:25 |个人分类:笔记|系统分类:科普集锦

        中子是一种电中性粒子,因此不能用质谱测定法来确定它的质量。恰德维克在1932年首次发现中子时就对其质量进行了粗略的估计。在恰德维克的实验中,钋衰变产生的α粒子轰击铍靶后产生的中子直接进入电离室,电离室交替充以氢气和氮气。中子与所充气体的核发生碰撞,产生高速反冲核。在反冲核的路径上所产生的离子被电离室以电流脉冲的形式记录下来。当中子与氢核和氮核作对头碰时,反冲核的能量最大。根据能量和动量守恒定律和测量的反冲核的能量,就可以粗略的得到中子与质子的质量近似相等的结论,与现代数据的差值仅为0.00228u,相对误差仅为千分之几,相当于2.1MeV。然而,这一差值在确定中子参与的核反应的能量平衡中,可能导致严重的后果。

  中子质量的准确值,是借助于中子参与的核反应,通过间接途径获得的。最简单的反应是氘核在铊(Tl)发出的能量为2.62MeV的光子作用下,分裂为一个质子和一个中子,质子的能量或动量可以由质谱仪测量,根据能量和动量守恒定律,就可以计算出中子的动量、能量和质量。

  用来确定中子质量的另一个反应是氮与能量为T=2.5×10-2eV的慢中子(热中子)反应生成质子和碳1414C)。这个反应产生能量为T=0.585MeV的质子,根据能量和动量守恒定律,就可以计算出中子的质量。

  中子质量也可由氘核的结合能B、氢分子与氘原子的质量差,确定中子与氢原子的质量差而测定。

  2004年中子质量的最新数据为(1.008664904±0.000000014u=(1.6749286±0.000 0010)×10-27kg。这样,中子的质量比质子质量超出约2.5倍电子质量(1.3MeV),因此,从能量角度来看,中子可以衰变为质子和电子。

 

参考文献

K. H. 穆辛著,实验核物理学  1卷,原子能出版社,1996.12

汲长松,中子探测,原子能出版社,2014.05

 



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