世界上的物质是由分子和原子构成的，原子就像是原子核和核外电子的微小太阳系，质子和中子构成了原子核。
中子作为组成原子核的基本粒子之一，中子与质子和电子的显著不同之处在于中子不带电，因此中子具有很强的穿透性，是科研、医学以及工业等领域中一种不可或缺的工具。它是由剑桥大学卡文迪许实验室的英国物理学家詹姆斯·查德威克于1932年发现的。目前人们正在朝着如何更好的利用中子这一目标在不断努力。
1 中子在癌症治疗中的应用
中子治疗是一种利用中子与癌细胞中的靶向物质（硼药物）作用直接杀死癌细胞的治疗技术。中子治疗兼具精准放疗和靶向药物的双重优势，被称为继手术、传统放疗、抗癌药物、免疫疗法之后的“第五疗法”，可以从细胞尺度杀死病灶细胞且不损伤周围正常组织。
中子治疗可用于恶性原发性脑肿瘤、恶性黑色素瘤、头颈部肿瘤、局部复发性乳腺癌等多种疾病治疗，特别适用于治疗有局部扩散、浸润或者无法用其他常规手段控制和处理的癌症。
目前，美国、日本、俄罗斯、意大利、比利时、英国、芬兰、韩国等发达国家把中子治疗作为战略性产业重点支持，并应用于临床治疗。遗憾的是我国目前尚还没有一套核心系统自主化的中子癌症治疗装置产品，面临受制于人的困境。
图1 日本南东北医院的中子治疗装置
2 中子在无损检测中的应用
中子照相技术利用中子与原子核的相互作用成像，在穿透能力，原子序数相近元素的分辨能力等方面有其他无损检测方法所不具备的独特优势。 在许多国家，特别是在工业发达的国家中，中子照相技术已在航天、航空、化工冶金、核工业等部门的产品质量控制，以及在科学研究中得到了广泛的应用，显示了其独特的作用。
图2 手电筒通过中子成像与X射线成像结果的对比，其中上图为中子成像结果，下图为X射线成像结果
其中，中子照相的一项重要的应用是针对先进的航空发动机叶片的检测。单晶涡轮叶片表面看起来比较光滑，其实内部存在复杂的流道结构，用来进行散热，保证叶片的高温性能。叶片造价特别高昂，一个叶片的价值等于一台跑车。
图3 飞机的涡轮叶片
中子照相特别适合检测被金属包裹的轻物质，可是说是航空发动机涡轮叶片重要无损检测手段之一。尤其是针对4代及以上发动机，其叶片服役温度进一步提升，对叶片流道中微量残芯的检测提出了更高的要求。为检测涡轮叶片中的微量残芯，中子照相检测已成为美国的发动机叶片检测的标准流程。
3 中子在油气、矿产勘探中的应用
石油、天然气、煤炭、铀等矿产资源已与我国的能源、化工等产业发展密不可分。为了探明地下矿藏，科学家们也想出了很多种办法，各有优缺点和适用场景，其中中子测井具有独特的优势。通过专门研制的小型中子发生器，配合探测系统，仅需要手腕粗细的井口就可以深入地底几百米乃至千米进行探测，中子发生器可以随钻测井，在钻头往地下深入的同时，就像是绑在黑夜中的手电筒，照亮了地底世界。
中子测井目前可以分为两种，一种利用距离探测器，测量中子在井下慢化的情况，用来进行孔隙度的判断。另一种则是通过γ探测器，测量中子对材料活化后产生的伴生γ特征射线，用来判断井下的元素成分。
中子测井装备比较小巧，对井下的环境的适应能力较强，可以忍受高温等恶劣条件，已经成为了测井技术中不可或缺的重要部分。
4 中子在危险品检测中的运用
中子在爆炸物、毒品检测中也能发挥重要的作用。美国军方的NEMESIS（中子发射移动炸药传感和识别系统）计划就是一个例子。使用小型中子装置可以检测地下的爆炸物，例如它可以检测简易爆炸装置（IED）和地雷等，即使针对金属探测器和探地雷达难以探测的新型无金属地雷，也可实现高效的检测。
相信在将来， 中子不仅可以用于执行危险任务，而且还可以用于更常规的任务，例如桥梁和航空电子的检查等。
图4 NEMESIS爆炸物探测器原型（图片来源Phoenix，LLC）
5 中子在火星探测中的运用
多年来一直在火星上从事科研探测工作的“好奇号”火星车上装有一种称为中子动态反射率的仪器（VNIIA ING-10K）。该仪器是通过使用中子束离地约80厘米处对准发射。中子在与土壤发生相互作用后会被散射回它的传感器，从而提供有关土壤成分含量的信息，尤其是水分含量的信息。能够实现这一功能主要是由于中子和氢元素的相互作用，对于火星车在火星找水起到了关键性作用。
图5 VNIIA ING-10K中子发生器模块（图片来源VNIIA）
6. 总结：
中子由于其不带电，注定了具有其它粒子所不可替代的科研和工业应用价值。除开上述应用外，中子还在先进核能系统、医用/工业用同位素生产、物质微观结构表征等等各领域均有着极为广泛的应用。
但是相比光电子，中子产生和对其进行控制的难度也更高。如果说核技术是应用广度最高工业技术之一，中子技术更像是核技术皇冠上的明珠。中子技术的发展对国防、工业制造、医疗健康、新材料、能源安全都意义重大，同时是各个发达国家的不传之密。当前，我国正处于经济发展转型的关键时期，加大投入，坚定自主发展中子应用技术，打破国外“卡脖子”技术垄断，实现核技术产业高道超车，对整体工业技术发展、民生的进一步改善和国家综合实力的提升都显得尤为重要。