查德威克發現中子實驗裝置

『壹』 查德威克是如何發現「中子」的

1932年2月，當英國物理學家查德威克讀到約里奧·居里夫婦關於「用版a粒子轟擊鈹會產生穿透力很強權的不帶電粒子」的論文時，敏銳地覺察到用強γ射線的康普頓效應解釋這種現象是不對的。查德威克重復約里奧·居里夫婦的實驗，並且先後用這種射線輻照輕重不同的幾種元素，結果證實這種射線確實不是γ射線：因為密度越小的物質越容易吸收它，而不像γ射線那樣容易被密度大的物質吸收；而且，當這種射線轟擊氫原子核時，會被反彈回來，說明它是具有一定質量的中性粒子流。查德威克通過測定反沖核的動量，再利用動量守恆定律，估算出其質量幾乎與質子的相同。至此，查德威克把直觀認識、邏輯思維和實驗研究結合起來，大膽地指出這種鈹輻射就是盧瑟福曾預言而他自己尋覓已久的「中子」。1932年2月17日，查德威克宣布發現「中子」。

『貳』 查德威克發現中子裝置

從一戰後到1923年，查德威克一直擔任卡文迪許放射性研究工作的助理指導，並參與了盧瑟福在1919年所作的第—次人工核反應的研究工作。通過這一系列的實驗工者散作，他清楚地意識到，當用帶2個正電荷的α粒子轟擊原子核大嫌培時，將會遭到強大的靜電斥力。為此，他早在1923年就寫信告訴盧瑟福說：「我本人認為我們必須對不帶電荷的中子做一次真正的研究，現在我已經有了一個迫切的工作計劃，但還是應該事前和阿斯頓商量」。從這里人們不難看出，早在他發現中子前十年，已為中子的發現作出了周密計劃，所以查德威克作為中子的第—個發現者確是當之無愧的。
至於查德威克用來發現中子的實驗裝置也是十分簡單的。查德威克對實驗中所產生的「射線」進行了仔細觀察。結果發現它們和已知的γ射線和X射線一樣，也不會被磁場偏轉，這就證明組成它們的確滾唯是一些中性粒子。然而它們的行進速率卻是太慢了，僅是光速的十分之一左右，而通常γ射線的行進速率是和光速相近的。所以它們不可能是屬於γ射線。

『叄』 「中子」是怎樣被發現的

中子的發現：

1919年盧瑟福通過用α粒子轟擊氮原子放出氫核，而發現了質子。1920年他在一沖李豎次演說中談到，既然原子中存在帶負電的電子和帶正電的質子，為什麼不能存在不帶電的「中子」呢?他當時設想的中子是電子與質子的結合物。

1930年，德國物理學家博特和貝克爾用剛發明不久的蓋革繆勒計數器，發現金屬鈹在α粒子轟擊擾舉下，產生一種貫穿性很強的輻射，當時他們認為這是一種高能量的硬γ射線。

1932年約里奧·居里夫婦重復了這一實驗，他們驚奇地發現，這種硬γ射線的能量大大超過了天然放射性物質發射的γ射線的能量。

同時他們還發現，用這種射線去轟擊石蠟，竟能從石蠟中打出質子來。約里奧·居里夫婦把這種現象解釋為一種康普頓效應。

但是打出的質子能量高達5.7MeV，按照康普頓公式，入射的γ射線能量至少應為50MeV，這在理論上是解釋不通的。查德威克把這一情況報告了盧瑟福，盧瑟福聽了後很興奮激動，但他不同意約里奧·居里夫婦的解釋。查德威克很快重做了上面的實驗。

他用α粒子轟擊鈹，再用鈹產生的射線轟擊氫、氮，結果打出了氫核和氮核。由此，他斷定這種射線不可能是γ射線。因為γ射線不具備將從原子中打出質子所需要的動量。

他認為，只有假定從鈹中放出的射線是一種質量跟質子差不多的中性粒子，才能解釋。

他用儀器測量了被打出的氫核和氮核的速度，並由此推算出了這種新粒子的質量。查得威克還用別的物質進行實驗，得出的結果都是這種未知粒子的質量與氫核的質量差不多。

由於這種粒子不帶電，所以叫做中子。後來更精確的實驗測出，中子的質量非常接近於質子的質量，只比質子質量約大千分之一。

查德威克將他的研究成果寫成論文「中子的存在」發表在皇家學會的學報上。查德威克從重復約里奧·居里夫婦的實驗，到發現中子，前後不到一個月。

這一方面是由於前人的工作為他打下了基礎，主要的還是由於他能打破常規，有大膽的創新精神，敢於破除傳統思想的束縛。

而約里奧·居里夫婦雖然已經遇到了中子，由於沒有作出正確的解釋，而與中子失之交臂，錯過了發現中子散大的機會。

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中子的概念是由英國物理學家歐內斯特·盧瑟福提出，中子的存在是1932年詹姆斯·查德威克用a粒子轟擊的實驗中證實的。

其質量為 1.6749286 ×10-27千克（939.56563兆電子伏特），比質子的質量稍大（質子的質量為1.672621637（83）×10-27千克），自旋為1/2。

自由中子是不穩定的粒子，可通過弱作用衰變為質子，放出一個電子和一個反中微子，平均壽命為896秒。中子遵從費米-狄拉克分布和泡利不相容原理。

以往曾經將中子列為基本粒子的一員，但現今在標准模型理論下，由兩個下誇克和一個上誇克構成，所以它是個復合粒子。

中子以聚集態存在於中子星（中子星是恆星演化到末期，經由重力崩潰發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一。）中。

太陽系裡的中子主要存在於各種原子核中，元素的β衰變就是該元素中的中子釋放一個電子變成上一個元素序列元素的一種變化。

中子可根據其速度而被分類。高能(高速)中子具電離能力，能深入穿透物質。中子是唯一一種能使其他物質具有放射性之電離輻射的物質。

此過程被稱為「中子激發」。「中子激發」被醫療界，學術界及工業廣泛應用於生產放射性物質。

參考資料：網路-中子

『肆』 中子是怎麼被發現的

1920年，英國物理學家盧瑟福曾在著名的貝克爾演講中作出「原子核內可能存在著質量與質子質量相同的中性粒子」的理論預言。為了檢驗盧瑟福的假說，卡文迪什實驗室從1921年就開始了實驗探索工作。

接手這項工作的正是查德威克。1923年，他得到盧瑟福的贊同，用游離室和點計數器作為檢測手段，嘗試在大質量的氫化材料中檢測γ輻射的發射。在初步作了這些嘗試之後，查德威克考慮到中子只有在強電場中形成的可能性，但沒有合適的變壓器可用。正當查德威克著手進一步開展探討中子的研究時，柏林的玻特和巴黎的約里奧•居里夫婦相繼發表了他們的實驗結果。

從1928年起，德國物理學家玻特和他的學生貝克爾就開始用釙發射的α粒子轟擊一系列輕元素，發現α粒子轟擊鈹時，會使鈹發射穿透能力極強的中性射線，強度比其他元素所得要大過十倍。用鉛吸收屏研究其吸收率，證明這種中性輻射比γ射線還要硬。1930年，他們率先發表了這一結果，並斷定這種貫穿輻射是一種特殊的γ射線。

同時，在巴黎居里實驗室，法國物理學家約里奧•居里夫婦也正進行著類似的實驗。1932年1月，他們重復了玻特和貝克爾的實驗，對這種射線進行了研究。他們在鈹板和測量儀器之間放置各種物質。結果發現，把石蠟板插入後，儀器所記錄到的效應要比插入前強得多；而且記錄到的是質子。沒有石蠟板時，是不帶電的射線。這表明石蠟在這種鈹射線照射下，會發射出大量質子。他們肯定了石蠟發出的是質子流，遺憾的是，他們沒有擺脫玻特的錯誤解釋，也把鈹輻射看成是γ射線。1月18日，他們發表了相關實驗結果和評論。由於他們對理論的輕視，使他們白白失去了一次發現中子的機會。

約里奧•居里夫婦的實驗結果引起了查德威克的注意，但他並不同意居里夫婦的解釋。在鈹輻射的研究中，查德威克用這種射線先後輻射輕、重不同的幾種元素，結果發現射線的性質與通常的γ射線有所不同。當這種射線轟擊氫原子和氮原子時，打出了一些氫核和氮核。由此，他斷定這種射線不可能是γ射線。因為通常的γ射線照射到物質上時，物質密度越大，對γ射線吸收得越厲害，而這種射線性質剛好相反，密度越小的物質越容易吸收它。

當查德威克用這種射線轟擊氫原子核時，發現它被反彈回來，說明這種射線是具有一定質量的中性粒子流。通過對反沖核的動量測定的結果，再利用動量守恆定律進行估算，確定出這種射線中性粒子的質量幾乎與質子的相同。查德威克這時才意識到原來玻特和貝克爾最先觀察到的這種輻射應當就是盧瑟福所提出的質子與電子的復合體。他沿用了美國化學家哈金斯的中子這個名稱作為對這種粒子的正式命名，並在1932年的《自然》雜志上發表了《中子可能存在》的論文。

『伍』 「質子」是怎樣被發現的

1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗，實驗裝置如圖所示，容器C里放有放射性物質A，從A射出的α粒子射到鋁箔F上，適當選取鋁箔的厚度，使容器C抽成真空後，α粒子恰好被F吸收而不能透過，在F後面放一熒光屏S，用顯微鏡冊來觀察熒光屏上是否出現閃光。通過閥門T往C里通進氮氣後，盧瑟福從熒光屏S上觀察到了閃光，把氮氣換成氧氣或二氧化碳，又觀察不到閃光，這表明閃光一定是α粒子擊中氮核後產生的新粒子透過鋁箔引起的。

盧瑟福把這種粒子引進電場和磁場中，根據它在電場和磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質子，通常用符號盧瑟福把這種粒子引進電場和磁場中，根據它在電場和磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質子，通常用符號表示。

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一、發現人

歐內斯特·盧瑟福（英語：Ernest Rutherford，1st Baron Rutherford of Nelson，1871年8月30日－1937年10月19日）

英國著名物理學家，知名為原子核物理學之父。學術界公認他為繼法拉第之後最偉大的實驗物理學家。

二、反質子

反質子（英語：antiproton），粒子類型為復合粒子，質子的反粒子，其質量及自旋與質子相同，且壽命也與質子相當，但電荷及磁矩則與質子相反，帶有與電子相同的負電荷。與質子相遇時會湮滅，轉化為能量。

參考資料來源：網路-質子