中子射线的发现既复杂又带有戏剧性

1920 年卢瑟福在一次学术报告中提出了一个重要的构想，认为有可能存在一种中性粒子，它的质量和质子相似。在他的这个构想中，中子已经呼之欲出了，只有待实验的证实了。因此卢瑟福的这个构想实际上已经拉开了发现中子的序幕。1930 年德国物理学家玻特和贝克发现，放射性同位素钋发出的α射线轰击铍、硼、锂靶时，会产生一种穿透力比α射线大得多的射线。他们实际上迈出了发现中子的第一步。两年后，F.约里奥和 I.居里（居里夫人的女儿）夫妇在巴黎所做的进一步的实验，有了更进一步的发现。他们发现新产生的射线能够从石蜡中把质子驱赶出来。他们实际上已经从实验上发现了中子，可惜与这一伟大发现失之交臂，正如当时一位物理学家为之叹息的那样：“他们发现了中性质子而居然认不出来。”

这到底是一种什么射线呢？人们最先想到了γ射线，不幸的是，一切想用γ射线来解释以上结果的努力都没有成功。人们只好进行新的探索。

1932 年英国物理学家 J.恰德维克利用一种新的实验技术完成了他的著

名的实验。图 2.6 就是恰德维克发现中子时所用仪器的结构简图。从这个实验中他发现，从铍核中发射出的穿透力很强的粒子不是无质量的，而是具有和质子差不多的质量。早在 1920 年卢瑟福就曾经讨论过这种粒子，并把它称为中子。随后许多物理学家曾经进行过许多实验来寻找，但都没能找到肯定的证据。恰德维克在发现中子上的贡献，使他荣获 1935 年的诺贝尔物理学奖。

中子的发现才第一次真正揭开了原子核结构的奥秘。中子的发现，在核物理方面产生了重大而深远的影响。在 1930 年以前，人们一直认为原子核的总质量仅仅由质子一种粒子所组成。在恰德维克发现中子后不久，德国物理学家海森堡提出了原子核是由质子和中子组成的假说认为原子核既包含质子，也包含中子（氢原子核是唯一的例外），其质量数等于质子和中子质量的总和，原子序数等于质子数目。对中子质量所做的更为精确的测量，显示出它比质子更重一些，质子是 1.67243×10-24 克，中子是 1.6747×10-24 克。

中子在自然界中是不能单独存在的，它是在原子核受到外来粒子轰击时才从原子核中释放出来的，因此中子射线也是一种核射线（核辐射）。自由中子是不稳定的，它会蜕变成一个质子、一个电子和一个中微子。这个过程可以用下面的式子来表示：

n（代表中子）→p（代表质子）+e（代表电子）+v（代表中微子）

中微子是一种既无质量又不带电的粒子。在后面我们将要介绍的内容中，我们将会进一步看到，中子射线在物理学上和技术上都是一种非常独特和非常重要的射线。