認識中子

神奇的中子

中子是構成原子的主要成員之一，其他是電子及質子。中子只有原子千分之一的大小，能很容易的穿透幾厘米厚的鋼板。

不像電子及質子，中子是電中性的，所以當它經過圍繞著原子核的電子雲時不會被電磁力所影響，這意味著中子散 射可獲取原子核的獨立資訊，準確性較電子及X-射線散射還高。

中子也是個飛翔小磁鐵，所以能探測一些磁性物質(如鐵)，並顯示它們的磁性結構，也因為這些特質，中子能根本上解決許多重要的科學問題。

中子射線的能量和固體及液體中原子的振動能量相近，也就是說，中子能看見分子中的原子運動。

所有實驗的方法都顯示中子才是探測氫原子位置的唯一正確方法，尢其是針對有機體中的氫原子。

中子的產生

中子是無所不在的，它位於原子的中央，原子核中幾乎有一半的重量來自中子。

中子正常情況是存在原子核中， 但在核子反應爐中，我們可用中子撞擊鈾原子，促使其分裂並且放出二個中子，這二個中子又會撞擊鄰近的鈾而產生另外四個中子，依此而形成連鎖反應，實驗用的中子因而產生。

中子的特性

中性(不帶電)

不像質子及電子，中子不帶電所以不會被原子外圍的電子雲所影響，它們可以穿透電子雲，直接撞擊原子核，這就使得中子散射在研究物質結構時能準確的偵測出原子的位置。

穿透力強

因中子小且不帶電，所以它能輕易的穿透物質，甚至4厘米厚的不鏽鋼；用中子散射可以看到物質的內部，也就是說你可將你的樣品存在冰箱中或壓氣容器中以控制物質在不同溫壓的物理條件下，同時測試其結構的變化。

中子看氫

氫是非常重要的元素，尤其在水分子中，而水則是許多活體生物中最重要的成分；用像Ⅹ-射線探測氫的效果不好，只有中子散射是觀看物質中氫原子的最佳工具。

中子看化學鍵

原子通常是和其它的原子結合在一起，也就是化學鍵，為何有的東西硬，有的東西軟，有些有顏色、有些透明，幾乎你能想的任何特性都和化學鍵有關，所以測量化學鍵就非常重要，而中子就非常擅長看它，因為中子的能量和化學鍵的振動能量相近。

中子能察覺振動

中子非常的輕，當它撞擊到移動的原子時，就如同高爾夫球撞到飛行的蝙蝠一樣，所以我們可以由撞擊後中子的速度及方向測出原子運動的大小及方向，這方面的技術我們稱之為"中子非彈性散射"。

中子是磁性的

中子是磁性的，有正、負極就和大多數的磁鐵一樣，所以當中子飛行時，它會受到磁力的影響而偏移方向，當它與磁性物質作用時，我們可由散射圖像的變化，計算出磁性物質的磁極方向。

為何中子能看見晶體

什麼是晶體

晶體是由一層層原子所堆積起來的，如同水果攤上的水果一般；又因原子其個別的特性，而產生不同的堆積方法，故有不同的晶體特性。日常生活中，糖、食鹽以及沙石等物質，都是由晶體所組成。此外人們喜歡配戴的各種寶石，如鑽石、紅寶石、藍寶石等，也都是由晶體組成。

中子是如何看見晶體的中子非常容易穿透晶體中的原子，除非它正巧碰到原子核；對中子而言原子核是非常硬且不易穿透的，所以中子就被擋住並反彈到別的地方。也許你會認為中子能飛向任何地方，但事實上並非如此，它們在晶體中的運動及反射都會受到散射效應控制。當中子和晶體作用時，我們可以將中子視為光波，並利用波的散射原理，測量中子經過散射後的圖像；再將所得到的實驗圖像，經過繁複的運算之後，我們就能還原出晶體結構的原貌。

中子散射

中子是探究固體及液體結構的理想工具，能夠被用來觀測原子的排列狀況甚或原子間的鍵結情形。中子在被反應爐激發出來後，再將其射入等待觀測的物質中，然後被所探測物質之中的原子散射，最後得到此種物質的中子散射圖像。用這種方法所產生的圖像，可以顯示樣品分子級別的結構與能量的詳細資料；此種方法的發表，在1994年時獲得諾貝爾物理獎。

中子散射的應用

生命科學：

中子散射對生命科技革新有卓越的貢獻，現階段的研究領域包括：醫藥設計、蛋白質結構等。未來有力的展望則包括：新的醫藥技術及傷病的更好治療。

工業方面：

工業上用中子去改善及檢驗工廠元件，譬如可以用來檢查焊接點的機械及熱力學性質；中子影像技術則可用在品質控管，像是用來測量重要設備內部的裂縫或瑕疵，太空艦艇製造、石油化學工業及軍事防禦工程都因中子技術而獲利。除此之外，科學家們利用中子散射找出物質結構及組成分子之間的相互關係與特性，這些結果將引導他們在末來設計出新的材料，如：光電材料、奈米材料、室溫超導體等。

地球及環境科學：

科學家利用中子來研究高壓及高溫下的礦石，以瞭解地球的地質史。中子能夠探測出更多有關礦石的成份及結構，以及礦石冶煉方面的變化，這些知識能夠讓人們更有效率的採礦。環境科學方面則可以幫助處理放射性廢料以及偵測有機/無機毒物與自然物質間的交互作用。

物理方面：

中子研究在物理方面能了解物質的基本性質，包括：磁性物質、超導物質…等。中子可以引導科學家去研究超導的動力現象，以及當外部環境改變時物質的結構變化。

化學方面：

中子散射可用於解析化學反應過程、偵測物質的外型變化、結構轉變。其對於輕元素的高靈敏特性，有助於塑料、電池及新材料的發展，在發展氫能源系統上是非常重要的。

中子專文

諾貝爾物理獎─中子散射領域終獲肯定／時報科學1994年 中國時報831017.pdf

．李文獻

2010/10/14

．中子散射國際合作研究成果報告／科學發展月刊1999年 科學發展月刊第27卷第9期.pdf

．李文獻

2010/10/14

．1994年諾貝爾物理獎得主簡介／自然科學簡訊1994年 自然科學簡訊第六卷第五期.pdf

．李文獻

2010/10/14

．台灣中子散射實驗設施簡介／物理雙月刊2008年 台灣中子散射實驗設施簡介.pdf

．李文獻、吳浚銘

2010/08/23

．中子散射技術在磁性材料的應用與發展 ／ 物理雙月刊2008年 中子散射技術在磁性材料的應用與發.pdf

．施伯勳、紀忠義、吳勝允

2010/08/23

．以中子粉末繞射分析晶體結構 ／ 物理雙月刊2008年 以中子粉末繞射分析晶體結構.pdf

．楊仲準、王進威

2010/08/23

．淺談中子反射儀 ／ 物理雙月刊2008年 淺談中子反射儀3.pdf

．蘇暉家、李志浩

2010/08/23