一公斤中子的威力有多大?質子、電子呢?

2021-02-08 化學加

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。

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    「原子、質子、中子、電子等粒子」是不是存在著壽命,其實也是遵循著這條規律。我們都知道,原子是由電子和原子核構成的,其中電子已經不可再分了,而原子核又是由質子和中子構成,質子和中子並非是不可再分的,而是可以繼續往下分,還能再分為夸克。按照目前的理論來看,夸克和電子已經是不可再分的。
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    盧瑟福如果原子有核,那麼原子核是由什麼構成的呢?由於原子表現出電中性,電子帶負電,那麼,原子核一定是帶正電的,其帶電量與核外電子所帶負電量一樣。但是,這種元素的轉變暫時還沒有實用價值,因為幾十萬個粒子中才有一個被高能粒子打中。到1924年,盧瑟福已經從許多種輕元素的原子核中打出了質子,進一步證實了質子的存在。發現了電子和質子之後,人們一開始猜測原子核由電子和質子組成,因為α粒子和β粒子都是從原子核裡放射出來的。
  • 為什麼中子很容易變成質子,反過來卻很難?
    我們都知道物質多由原子構成,原子中有原子核與核外電子,而原子核裡通常又有質子和中子。照理說大家各司其職、相安無事,但實際上物質世界卻不總是這麼簡單。萬物有其壽命,有時候也會發生一些變化,當條件合適時,中子會搖身一變成為質子,質子也能變為中子,這個時候物質的本身就會產生變化,成了完全不同的東西。
  • 任何東西都有壽命,那麼原子、中子、質子和電子的壽命是多少?
    有些原子核是不穩定的,會衰變為其他物質,比如碳-14會衰變為氮-14;衰變物質存在一個半衰期,指衰變物質有半數發生衰變所需要的時間,碳14的半衰期為5730±40年。表示1克的碳-14,經過大約5730年後,就只剩下0.5克碳-14,另外0.5g衰變成了氮-14。
  • 中子和氫原子都是由一個質子和電子組成,它們的性質為什麼不同?
    一,中子和氫原子內部結構及質量的區別只能說中子可以由質子和電子形成,但不能說中子的內部結構是質子和電子。中子的內部結構是由三個夸克和傳遞夸克之間強相互作用的膠子構成的,絲毫不存在質子和電子的蹤影,而氫原子的內部結構則是一個質子和一個核外電子構成,質子和電子由電磁力維繫在一起,但又有泡利不相容原理產生的電子簡併壓阻止電子落入質子之上,使得氫原子能夠長期穩定存在。
  • 質子加速到近光速,撞碎原子核,中子四散……
    中子束流從哪來呢? 原子包含由中子和質子構成的原子核和核外電子。質子和電子可以較容易地通過氫原子的電離等方式獲得。在地球上,超過一半的物質質量由束縛在原子核內的中子貢獻,而自由中子由於其半衰期只有八百八十多秒,數量很少。
  • 同樣類型的原子、質子、中子和電子,它們都是一模一樣的嗎?
    現在我們知道了,世間萬物都是由原子構成,而原子又分為原子核以及圍繞著原子核運動的電子,其中原子核還可分為質子和中子。也就是說,我們眼前的這個多姿多彩的世界,其實都是密密麻麻的微小粒子,通過各種奇妙的方式堆疊而成。於是一個有意思的問題就出來了,微觀世界中同樣類型的原子、質子、中子和電子,它們都是一模一樣的嗎?
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    中子可以通過「β衰變」釋放一個電子和一個反中微子,然後轉化為質子;自由中子的壽命大約是15分鐘,實驗物理學用不同方法測量中子壽命存在差異,這就是困擾科學家幾十年的中子衰變時間之謎。原子核由中子和質子構成,中子不帶電,質子帶一個單位的正電荷,中子和質子的質量很相近,它們都是由三個夸克組成,但是質子和中子的半衰期卻相差甚遠。自由質子非常穩定,日本超級神岡探測器測量的質子半衰期至少為10^35年(1000億億億年),理論物理學預言的質子半衰期也幾乎是這麼長的時間。
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