Page 106 - 世界学

090 世 界学 Shi Jie Xue

例如混凝土和水。核反应堆是常见之中子放射源，以水作为有效之中子掩蔽物。
中子和其他常见的亚原子粒子最大的分别在于中子因其下夸克和上夸克之电荷

互相抵消，本身不带电荷。穿透性强，无法直接进行观察，也令它在核转变中成为
非常重要的媒介物。

中子在与原子核近距离接触时受强相互作用或弱相互作用影响：但因为原子核
太小，碰撞机会极少，因此自由中子会在一段极长的距离保持不变。

自由中子和原子核的碰撞是弹性碰撞，其遵循宏观下两小球弹性碰撞时的动量
法则。当被碰撞的原子核很重时，原子核只会有很小的速度；但是，若是碰撞的对

象是和中子质量差不多质子，则质子和中子会以几乎相同的速度飞出。这类的碰撞
将会制造出新的粒子。
中子的电中性让它不仅很难侦测，也很难被控制。电中性使得我们无法以电磁

场来加速、减速或是束缚中子。自由中子仅对磁场有很微弱的作用（因为中子存在
磁矩）。真正能有效控制中子的只有核作用力。我们唯一能控制自由中子运动的方

式只是放置原子核堆在它们的运动路径上，让中子和原子核碰撞借以吸收之。这种
以中子撞击原子核的反应在核反应中扮演重要角色，也是核子武器运作的原理。自

由中子则可由核衰变、核反应或高能反应等中子源产生。
2. 中子的衰变

在原子核外，自由中子性质不稳定，寿命短。为了保持重子数守恒，中子唯一
可能的衰变途径是其中一个夸克通过弱相互作用改变其味。组成中子的三个夸克中，
两个是下夸克，另外一个是上夸克。一个下夸克可以衰变成一个较轻的上夸克，并

释放出一个 W 玻色子。这样中子可以衰变成质子，同时释放出一个电子和一个反
电子中微子。

同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收
和释放 π 介子互相转换。原子核内部构成了中子稳定存在的环境，衰变发生的概率

很小。
（1）自由中子的衰变

自由中子不稳定。据此估计其半衰期为 611.0±1.0s（大概 10min 11s）。
有千分之一的自由中子会在生成质子、电子和中微子的同时，释放出 γ 射线：
有极少量的自由中子（大概百万分之四）会发生所谓的双体衰变。在此反应中，