中子和質子

中子的概念是由盧瑟福(E.Rutherford)提出的，中子的存在是1932年由查德威克(J.Chadwick)用α粒子轟擊鈹的實驗中證實的。1930年，德國科學家玻特(W.Bothe)和其學生貝克(H.Becker)用鐳的α-射線轟擊鈹原子時，發現射出的不是盧瑟福觀察到的穿透力不強的質子，而是一種能穿透幾英寸鉛板的輻射--鈹輻射。1931年，約里奧·居里(F.&I.Jolio Curie)夫婦用強α源進行實驗時，發現鈹輻射能從石蠟裏打出質子。當恰德威克看到約里奧·居里夫婦的研究報告後，立即把鈹輻射與他的老師盧瑟福提到的中性粒子結合起來，用實驗證明了鈹輻射就是有質量的中性粒子，並定名為中子。

由於中子是電中性的，它具有很強的穿透力。電中性的中子在物質中不能產生直接的電離作用，無法直接探測，只能通過它與核反應的次級效應來探知。中子的穿透力強，而且對人體有危害，對中子需要進行有效的屏蔽。中子的電中性使得我們無法以電磁場來加速、減速或束縛它；自由中子僅對磁場有很微弱的作用（因為中子存在磁矩）。

中子以聚集態存在於中子星中。太陽系裏的中子主要存在於各種原子核中。自由中子有着廣泛的應用。由於它不帶電，中子是研究核反應很好的轟擊粒子，即使能量很低，也能引起核反應。中子核反應主要有：

①、中子誘發核裂變。某些重核如U俘獲中子發生裂變，同時還放出2～3個瞬發中子，並釋放很大的裂變能，這種中子的增殖可使裂變反應持續不斷進行，形成鏈式裂變反應，這是獲取核能的重要途徑。

②、中子輻射俘獲。中子被核俘獲後形成複合核，然後通過放出一個或多個γ光子退激 ，研究γ射線的能譜可以得到複合核能級結構、輻射過程性質的信息，（ n，γ ）反應對一切穩定核都是重要的，甚至中子能量很低時也能發生，（n，γ） 反應還是生產核燃料 、超鈾元素等的重要反應。

此外 ，還有中子的彈性散射和非彈性散射；中子被核吸收可放出 2個、3 個或多箇中子的（ n，2n ）、（ n ，3n）、（ n ，xn）反應；發射帶電粒子的（n，X）反應等。中子核反應在研究核結構和核反應機制及核能利用中佔有重要地位。

中子具有波動性，慢中子的波長約0.1nm， ^[1]  與晶體內原子間距相當。因此，中子可用來研究物質的微觀結構，中子衍射是研究晶體結構的重要技術。中子在工業、技術、醫學、生物、材料等諸方面有着廣泛的、並在不斷髮展與開拓的應用，如中子活化分析、中子嬗變摻雜、中子測水、中子測井、中子照相、中子治癌、中子育種、利用中子反應生成放射性同位素等等。

1918年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗，發現了穿透力比α更強的粒子。他把這種粒子引進到電、磁場中，根據它在電場和磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質子。後來，人們用同樣的方法使氟、鈉、鋁等核發生了類似的轉變，並且都產生了質子。由於各種核裏都能轟擊出質子，可見質子是原子核的組成部分。

質子常被用來在加速器中加速。通過加速器可以獲得各種能量的質子。質子束有着廣泛的應用。醫學上質子可以用來治療癌症，目前許多國家已建立了專用的質子加速器。質子可以用來進行材料中的雜質分析，其靈敏度很高，而且可同時分析多種元素。後來發展成了一種專門的分析技術，成為質子X-射線熒光分析（PIXE）。質子可以引起核反應，因而可以用來進行核反應和核結構研究。質子可以用來得到中子源：絕大多數單能中子源都是由質子核反應產生的；用中高能質子轟擊重核，可以得到強度很大的中子束；人們利用這種散裂中子源，進行中子散射實驗，對物質的微觀結構和材料性質進行研究。質子還可通過核反應來製造所需要的同位素或放射性同位素。