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1、第第1章中子的基本性章中子的基本性质质现在学习的是第1页，共14页1.1.中子静止质量中子静止质量 mn1.0086649u1.0086649u939.5731MeV/c939.5731MeV/c2 2=1.67492010=1.67492010-24-24g g 中子是中子是一种粒子，它由一种粒子，它由 u(2/3 e),d,d(-1/3 e),u(2/3 e),d,d(-1/3 e),三个夸克组成。精确测量方法是三个夸克组成。精确测量方法是通过慢中子通过慢中子n+pD+n+pD+测测 能量定出氘核结合能能量定出氘核结合能 B BD D=E=E,再结合质谱法定的再结合质谱法定的(H(H2 2
2、+-D-D+)得到中子质量。得到中子质量。mH1.0078250u938.7906MeV/c2 现在学习的是第2页，共14页夸克夸克 基本的粒子可以分为夸克、轻子和规范玻色子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，被称为六种直今为止，共发现了六种夸克，被称为六种“味味”（flavors），它们是上夸克），它们是上夸克（up）、下夸克）、下夸克(down)、奇异夸克、奇异夸克(strange)、粲夸克、粲夸克(charmed)、底夸克、底夸克(bottom)和顶夸克和顶夸克(top)，通，通 常用它们英文名字的第一个字母来表示。这些夸克被常用它们英文名字的第一个字母
3、来表示。这些夸克被划分为三代：划分为三代：q=2e/3 q=e/3 每个括号中为一代。上面一排（每个括号中为一代。上面一排（u、c、t）带的电荷为）带的电荷为q=2e/3，而下面一排（，而下面一排（d、s、b）带的电荷为）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。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。夸克带有另一种量子数：重子数。每个夸克
4、的重子数为每个夸克的重子数为B=1/3，反夸克的，反夸克的B=-1/3。实验观测到重子数是守恒的。由。实验观测到重子数是守恒的。由夸克组成的重子数不为夸克组成的重子数不为0的粒子称为重子，比如质子（的粒子称为重子，比如质子（uud）和中子（）和中子（udd）的）的B=1。由夸克和反夸克组成的粒子。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，称为介子。重子和介子统称为强子，它们参与强相互作用。参与强相互作用。现在学习的是第3页，共14页2.3.中子总体是电中性的。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但是，实验结果显示：中子具有内部的电荷分布。可以
5、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，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。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，其时，其中心的距离必须少于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。这个上限还不足够地小，不能对理
6、论上可能的相互作用形式作出肯定的选择，因而希望论上可能的相互作用形式作出肯定的选择，因而希望提高测量提高测量中子电偶极矩的实验精度中子电偶极矩的实验精度。现在学习的是第4页，共14页4.4.中子有自旋角动量中子有自旋角动量，(1/2)是费米子。所以它遵守费米统计，是费米子。所以它遵守费米统计，服从泡利不相容原理。服从泡利不相容原理。5.中子具有磁矩中子具有磁矩，n1.913042 N，负号表示磁矩矢量与自，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，其均方根半径约为半径约为0.9fm。由于中子有磁矩，可以产生极化中子束。由于中
7、子有磁矩，可以产生极化中子束。6.中子波动性中子波动性:现在学习的是第5页，共14页可见：可见：1MeV1MeV中子波长中子波长2.86102.8610-12-12cmcm接近核直径大小。接近核直径大小。0.025eV0.025eV中子波长中子波长1.81101.8110-8-8cm(1.8Acm(1.8A0 0)与原子直径相当。与原子直径相当。0.001eV0.001eV中子波长中子波长0.9nm0.9nm与与凝聚态物质凝聚态物质原子间距相当。原子间距相当。中子动能中子动能 En(eV)En(eV)在数值上与温度在数值上与温度T(K)T(K)联系：联系：现在学习的是第6页，共14页中子散射中
8、子散射研究凝聚态物质，常用中子波长在研究凝聚态物质，常用中子波长在 0.1 1nm之间，之间，常用从常用从300K的热中子到的热中子到30K的冷中子能区。的冷中子能区。当中子能量当中子能量3K,中子波长中子波长2nm 甚冷中子区甚冷中子区(VCN);当中子能量更低当中子能量更低,中子波长达中子波长达10nm量级为超冷量级为超冷中子区中子区(UCN),中子波干涉条纹与光学理论相符，中子波干涉条纹与光学理论相符，将开拓将开拓“中子光学中子光学”。现在学习的是第7页，共14页7、中子能量的分类、中子能量的分类 En100MeV En100MeV 高能中子高能中子 20100MeV 20100MeV
9、特快中子特快中子 0.120MeV 0.120MeV 快中子快中子 1100 keV 1100 keV 中能中子中能中子 0.11 keV 0.11 keV 慢中子慢中子,共振中子共振中子 0.5eV100eV 0.5eV100eV 超热中子，超镉中子超热中子，超镉中子 0.005eV 0.5eV 0.005eV 0.5eV 热中子热中子 0.025eV 0.025eV “最可几最可几”热中子热中子 En=kT 20En=kT 200 0C C V=2200m/sec V=2200m/sec En0.005eV En0.005eV 冷中子冷中子 中子温度等于液氮温度中子温度等于液氮温度 En1
10、0En10-4-4eV eV 甚冷中子甚冷中子 1.16K,138m/sec1.16K,138m/sec En10En10-7-7eV eV 超冷中子超冷中子 1.16101.1610-3-3K,4.36m/secK,4.36m/sec 现在学习的是第8页，共14页中子特性中子特性波长覆盖宽的微观尺度波长覆盖宽的微观尺度现在学习的是第9页，共14页中子特性中子特性适合的能量范围适合的能量范围波长波长 X X射线射线 中子中子(nm)(eV)(meV)(nm)(eV)(meV)0.1 12400 820.1 12400 82(1A(1A0 0)1 1240 0.82 1 1240 0.8210
11、124 0.008210 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热中子能量与物质中许多动态过程的激发能量相当(10-3 eV)现在学习的是第10页，共14页(10-3 eV)neutron energy 82 0.82 0.0082(9.5K)研究凝聚态物质，常用中子波长在研究凝聚态物质，常用中子波长在0.11nm之间，之间，常用从常用从300K的热中子到的热中子到30K的冷中子能区。的冷中子能区。当中子能量当中子能量3K,中子波长中子波长2nm 甚冷中子区甚冷中子区(VCN);当中子能量更低当中子能量更低,中子波长达中子波长达10nm量级为超冷中子区量级为超冷中子区(UCN),中子波干涉条纹与光学理论相符，将开拓中子波干涉条纹与光学理论相符，将开拓“中子光学中子光学”。现在学习的是第11页，共14页l ll l()Neutrons什么是中子散射什么是中子散射?现在学习的是第12页，共14页 谢谢！谢谢！现在学习的是第13页，共14页现在学习的是第14页，共14页