第1章 中子的基本性质(14)

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研究凝聚态物质，常用中子波长在0.1～1nm之间， 常用从300K的热中子到30K的冷中子能区。 当中子能量≤3K, 中子波长＞2nm 甚冷中子区(VCN); 当中子能量更低, 中子波长达10nm量级为超冷中子区(UCN), 中子波干涉条纹与光学理论相符，将开拓“中子光学”。

7、中子能量的分类
En>100MeV 高能中子 20~100MeV 特快中子 0.1~20MeV 快中子 1~100 keV 中能中子 0.1~1 keV 慢中子,共振中子 0.5eV~100eV 超热中子，超镉中子 0.005eV ~0.5eV 热中子 0.025eV “最可几”热中子 En=kT 200C V=2200m/sec En<0.005eV 冷中子 中子温度等于液氮温度 En<10-4eV 甚冷中子 1.16K , 138m/sec En<10-7eV 超冷中子 1.16×10-3K , 4.36m/sec
u d
c s
t b
• • 每个括号中为一代。上面一排（u、c、t）带的电荷为q=2e/3，而下面 一排（d、s、b）带的电荷为q=—e/3。夸克为什么是三代？有没有更 多的夸克？至今尚无肯定的答案。每味夸克又可带红、兰、绿三种颜 色之一。每一种夸克都对应着一种反夸克。所以总的夸克数是36。夸 克带有另一种量子数：重子数。每个夸克的重子数为B=1/3，反夸克 的B=-1/3。实验观测到重子数是守恒的。由夸克组成的重子数不为0的 粒子称为重子，比如质子（uud）和中子（udd）的B=1。由夸克和反 夸克组成的粒子B=0，称为介子。重子和介子统称为强子，它们参与 强相互作用。
中子散射
• 研究凝聚态物质，常用中子波长在 0.1 1nm之间， 常用从300K的热中子到30K的冷中子能区。 • 当中子能量≤3K, 中子波长＞2nm 甚冷中子区 (VCN); • 当中子能量更低, 中子波长达10nm量级为超冷 中子区(UCN), 中子波干涉条纹与光学理论相符， 将开拓“中子光学”。
中子特性—波长覆盖宽的微观尺度
中子特性—适合的能量范围
波长 X射线 中子 (nm) (eV) (meV) (10-3 eV) 0.1 12400 82 (1A0)
1
1240 0.82
10
124
0.0082
热中子能量与物质中许多动态过程的激发能量相当
neutron energy (10-3 eV)
BD 2 M H 2 m D 1293.331keV c
mH＝1.0078250u＝938.7906MeV/c2
夸克
• • 基本的粒子可以分为夸克、轻子和规范玻色子 。 直今为止，共发现了六种夸克，被称为六种“味”（flavors），它们 是上夸克（up）、下夸克(down)、奇异夸克(strange)、粲夸克 (charmed)、底夸克(bottom)和顶夸克(top)，通 常用它们英文名字的 第一个字母来表示。这些夸克被划分为三代： q=2e/3 q=—e/3
第一章 中子的基本性质
1. 中子静止质量 mn＝1.0086649u＝939.5731MeV/c2 =1.674920×10-24g
m nc m H c m Dc B D 2m H c 2 M H 2c 2 mn mH
中子是一种粒子，它由 u (2/3 e), d, d (-1/3 e), 三个夸克组 成。精确测量方法是通过慢中子n+p→D+γ 测 γ 能量定出氘核结 合能 BD=Eγ ,再结合质谱法定的(H2+-D+)得到中子质量。 2 2 2
什么是中子散射?
Neutron s

(Å)
2d hkl sin hkl n
Fhkl b j exp 2ihxj / a ky j / b lz j / c
j

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2.
3.中子总体是电中性的。但是，实验结果显示：中子具有内 部的电荷分布。可以想象，如果中子内正负电荷分布的中心 稍有不重合，中子就应该具有电偶极矩。中子的电偶极矩是 否为零的问题带有基本的重要性，因为通过不同的相互作用 理论，它联系于宇称守恒和时间反演对称性。目前已经发现， 如果在中子内部分开的正负电荷都为电子电荷e时，其中心 的距离必须少于10-24cm。这个上限还不足够地小，不能对理 论上可能的相互作用形式作出肯定的选择，因而希望提高测 量中子电偶极矩的实验精度。
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4. 中子有自旋角动量，(1/2) 是费米子。所以它遵守费米 统计，服从泡利不相容原理。 5. 中子具有磁矩，n＝－1.913042N，负号表示磁矩矢量 与自旋角动量矢量方向相反。磁矩结构有一定分布， 其均方根半径约为0.9fm。由于中子有磁矩，可以产生 极化中子束。 6. 中子波动性:
• 可见：1MeV中子波长2.86×10-12cm接近核直径大小。 0.025eV中子波长1.81×10-8cm(1.8A0)与原子直径相当。 0.001eV中子波长0.9nm与凝聚态物质原子间距相当。 中子动能 En(eV)在数值上与温度T(K)联系：
E n kT K (8.6167 0.0004) 105eV / 度 E n(eV ) 5.22695 109 2(m / s ) 8.18 102 / 2(A 0 ) 8.6171 105T(K ) En T(K ) 1.16 104 E n(eV ) K (m / s ) 1.38 104 E n(eV ) (cm ) 2.86 109 / E n(eV )