中子是個神秘的傢伙,人類認識它晚於電子和質子,直到1932年才被識破真容。
其質量重於質子,也重於質子和電子的總和。基本相當於1個質子和2.524個電子的質量之和:標準質量1.67492747x10^-27 kg 。
中子不帶電的特性,完全可以在凝聚態物質世界裡橫衝直闖。真要給你1 kg 中子,真還發愁找不到合適的容器,無論多麼厚實,它都可以穿牆而過。
這還不打緊,更要命的是,就算它懶洋洋地在物體裡悠閒散步,那也可能是不得了的滾地雷,與其他物質的核就算碰瓷,那也驚天動地:釋放至少2 MeV 以上的能量,再翻兩番也不奇怪。
例如:
n(常溫0.025 eV )+ 10B (靜止) ➛ 7Li*(0.84 MeV )+ 4He(1.47 MeV )+ 0.48 MeV( γ 光子)
要知道2個氫原子與1個氧原子劇烈燃燒反應才釋放不到3eV的能量,可想而知,中子到處晃蕩該有多危險:鬧出的動靜比普通化學燃燒大出一百萬倍!
如此巨大能量,破壞力極其強大。當然,善用中子也能造福人類。例如上述中子與硼的反應,介入治療用於行刺點殺癌細胞,或可救人一命。
好在造物主體恤蒼生不易,從原子核中解放出來的自由中子,沒有讓它自由自在的好日子太長,就給它戴上緊箍咒:大約15分鐘左右發生β衰變,變成帶電的質子,並高速射出一枚電子和一枚反電子中微子。多出的相當於1.524個電子質量的等價能量0.779MeV,就在電子動能,以及中微子之間分配了。相當一部分能量被中微子帶到無法想像和預測的天涯海角。
新生質子,再從原子大街上撿一個「喝醉酒」的電子,就大大方方蛻變為氫原子,從此無法隨心所欲闖蕩江湖了。運氣好的話,質子不用撿醉電子,而是逮到同出於中子的「原配」電子,只可惜此機會只有百萬分之四,此時大部分衰變能量被中微子偷走,原配電子腳軟,只好依了原配質子哥哥!
你要喜歡這種浪漫,送你1 kg 中子如何?那可不得了。恐怕全中國的發電站的總功率,都比不上這一袋子中子的威力!不信?我證明給你看。
一個中子的功率=0.779 MeV (衰變能量)/881.5 s (平均衰變時間) =1.4228x10^-16W(瓦特)。
1 kg 含有1 kg /1.67492747x10^-27 kg = 5.97x10^26個中子,乘以單個中子功率,得到總功率= 8.5x10^10 W = 85000 MW 。
這8萬5千兆瓦的功率,是不是與中國電站的總功率有的一比?
這麼威猛的東東,原子彈也要甘拜下風,怪不得某些超級大國要搞中子彈了。
天體物理學預測了中子星的存在,但強大引力作用,使得內部的中子臉貼臉擠在一起,根本沒機會衰變成質子電子,故而再多的潛在能量也白搭。
中子星的比重大得說出來嚇暈你:1茶匙的中子比整座喜馬拉雅山還重!或者說一個籃球那樣大的中子球,比整個地球還重!
大量中子是很難靠人工生產獲得的。搞科研弄它幾顆還是有辦法的。美國幾年前剛建成大型中子散裂製造中心,佔地好幾個足球場那麼大,中子產量也還是低的可憐。有興趣利用中子作科學實驗的朋友,可以直接向美國中子散裂源管理機構申請,一般都能批下來。
聽說中國也要上馬大型中子散裂源,期望早日成功!
相對來說,搞1 kg 質子或電子,就沒那麼難了,也沒有太大危險。
例如:將1 kg 氫氣,高溫加熱成等離子體,再用靜電場分離出你要的1 kg 質子應該不是太難的。
也可將大量的具有熱電子發射能力的材料,封裝於體積足夠大的真空管裡。加熱該材料後,大量電子氣就會瀰漫而出。只要你有大地方存放,弄出1 kg 電子氣還是有可能實現的。