题目

自由中子会衰变吗?为什么?

提问时间：2020-05-31

答案

会衰变.因为自由中子衰变分裂后会释放出一些能量,而束缚在稳定原子核中的中子要吸收一些能量才能分裂（当然,在中子过多的不稳定的放射性原子核里中子衰变分裂后也会释放出一些能量,此即放射核的贝塔衰变）,这是因为稳定原子核中的中子与质子是按能级排布的.若一个中子衰变,尽管会使中子的最高能量有所下降（因为少了一个中子）,但衰变多出来的一个质子却使整个质子能级中的最高能量提高得更多,因此,只有吸收一些外部能量,这个核内的中子衰变过程才能发生.一般没有外能供给,故核内中子是稳定的.
　　更进一步的解释如下：质子与中子都是费米子,与电子在原子中按壳层分布的情况类似,质子与中子在原子核内也是按壳层来分布,并且都遵守泡利不相容原理.质子与中子各有一套能级分布,核内所有的中子都在中子的那套能级中按能量从低到高的次序依次分布,而核内所有的质子都在质子的那套能级中按能量从低到高的次序依次分布.中子能级的平均间隔要小于质子能级的平均间隔,这是因为质子间的正电斥力增大了彼此间的电势能,使得包括核能级在内的总的能级间距加宽（由于电磁力是长程的,核内质子越多,上述加宽效应越大）.中子之间没有正的电势能,只有负的核势能.这样,z个质子分布在大约z/2个质子能级上（自旋相反的两个质子占据一个能级,偶尔一个能级上只有一个质子占据,当然,未占据的全空能级有无穷多个）,n个中子分布在大约n/2个中子能级上.对于稳定核来说,占据自己那套能级的最高能级的中子和质子的能量是差不太多的.由于中子的能级间隔小,所以,被占据的中子能级就多,相应的中子也多.这就是一般稳定的原子核里中子多于质子、且越重的核所含的中子相对越多地的缘故.