中子为什么有半衰期呢,在原子中为什么没有?

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中子为什么有半衰期呢,在原子中为什么没有?
原子结构
先来认识下原子结构,原子由一个很小质量很集中的原子核和核外电子构成,如下图,中间很小的部分是原子核,所以原子核的密度是相当大的,占了99.96%以上原子的质量。

原子核结构
原子核是由质子和中子构成的,质子带正电,中子不带电,由于质子带正电,质子间存在库伦斥力,斥力的大小与电量乘积成正比,与距离平方成反比,即F=kQ1×Q2/rˇ2,所以纯的质子是无法稳定的紧密结合在一起构成原子核的。

原子核可以稳定存在的原理
由于中子的存在,原子核才能稳定的存在(氢核除外),是因为中子和中子之间、中子和质子之间存在和一种强相互作用力——核力,这种力比电磁相互作用力大很多,表现出吸引力,这样和库仑力达到平衡后原子核就达到了稳定。

原子核中的中子可以稳定存在的原因
以上就可以解释原子核内的中子是无法衰变成质子了,如果中子衰变成质子,那么斥力必然会增大,产生的斥力势能就会变成中子继
续衰变的势垒,阻止中子衰变,所以出于原子核中的中子就是稳定的。

自由中子就是不稳定的,半衰期大约十分钟,自由中子会衰变成一个质子一个电子和一个反中微子。

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