HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I.. Cấu tạo hạt nhân * Hạt nhân được cấu tạo bởi các nucleon gồm có proton và nơtrôn * Ký hiệu hạt nhân: Z A X Trong đó: X là ký hiệu nguyên tố hóa học; A: là số khối
Trang 1CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
I Hạt nhân
1 Cấu tạo hạt nhân
* Hạt nhân được cấu tạo bởi các nucleon gồm có proton và nơtrôn
* Ký hiệu hạt nhân: Z A X Trong đó: X là ký hiệu nguyên tố hóa học; A: là số khối (số nucleon).
Z: số proton ( hoặc số electron quay xung qunah hạt nhân) ; N = A – Z : số nơtron
*Lực hạt nhân là lực liên kết các nucleon lại với nhau tạo thành hạt nhân Bán kính tác dụng lực hạt nhân rất ngắn (10-15m)
*Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số protron nhưng khác số nơtron gọi là đồng vị
* Đơn vị khối lượng nguyên tử u có trị số bằng 1/12 khối lượng của đồng vị 12
6C ; u xấp xỉ bằng khối lượng của 1 nucleon, nên hạt nhân có số
khối A thì có khối lượng xấp xỉ bằng A(u)
HẠT NHÂN Nuclêôn (A =Z + N)
Prôtôn (Z) Nơtơrôn (N)
Biến đổi Phản ứng hạt
nhân Lực hạt nhân
Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng phân hạch
Phóng xạ
Phản ứng kích thích
Phản ứng tự phát (Phóng xạ)
Phản ứng thu năng lượng Phản ứng tỏa năng lượng
( )
α γ Phóng xạ β γ+( ) Phóng xạ β γ−( )
Trang 22 Độ hụt khối – Năng lượng liên kết
a Độ hụt khối: ∆ =m Z m p+(A Z m− ) n−m X b Năng lượng liên kết hạt nhân: 2 ( ) 2
Wlk = ∆mC =Z m p + A Z m− n−m XC
c Năng lượng liên kết riêng: 2 ( ) 2
Wlk mC Z m p A Z m n m X C
+ − −
= = ( Năng lượng liên kết tính cho 1 nucleon)
→Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững
II Phóng xạ: Số hạt nhân phóng xạ giảm tuân theo định luật phóng xạ
* Số hạt nhân còn lại sau thời gian t:
t
t T
N =N − =N e− λ Trong đó : N0 số hạt nhân ban đầu; ln 2
T
λ = : hằng số phóng xạ ; T: chu kỳ bán rã
→ Số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t: 0 0 1 2 0(1 )
t
t T
N N N N − N e−λ
∆ = − = − ÷= −
* Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t:
t
t T
m m= − =m e−λ ( m0 là khối lượng ban đầu )
→ khối lượng chất phóng xạ đã bị phân rã trong thời gian t: 0 0 1 2 0(1 )
t
t T
m m m m − m e−λ
∆ = − = − ÷= −
* Số nguyên tử ứng với khối lượng m0 ban đầu: 0
m
A
= (NA = 6,022.1023 Số Avôgađrô)
dN
dt
λ − λ − − −
= − = = = = (Bq) ; 1Ci = 3,7.1010 Bq
PHỤ LỤC: Thành phần – Bản chất – Tính chất của các tia phóng xạ
Tia ANPHA ( )α
(Chùm hạt α )
Tia BETA : (β β β+; −)
Tia GAMMA( )γ
Chùm fôtôn năng lượng cao Bản chất Là chùm hạt Hêli: 4
2He gọi là hạt
− bản chất là dòng electron 0
1e
−
+ β+ bản chất là dòng pozitron +01e
Là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (ngắn hơn tia X )- chum phôtôn năng lượng cao
Đặc điểm Bị lệch về bản âm của tụ điện ( do
mang điện tích + 2e ) + β− bị lệch về bản dương
+ β+ bị lệch về bản âm (lệch nhiều hơn so với tia α )
Không bị lệch trong điện trường và từ trường
Vận tốc Phóng ra với vận tốc khoảng 107 Phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc của Hạt phôtôn ánh sáng nên có vận tốc là vận
Trang 3m/s ánh sáng (3.108 m/s) tốc ánh sáng
Khả năng
ion hóa
Có khả năng ion hóa chất khí Có khả năng ion hóa chất khí nhưng yếu
hơn tia α . Có các tính chất như tia rơnghen
Khă năng
đam xuyên
Khả năng đâm xuyên yếu ( đi tối
đa 8 cm trong không khí )
Khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia α ( đi được vài trăm mét trong không khí )
Khả năng đâm xuyên lớn ( đi được qua lớp chì dày vài chục cm, rất nguy hiểm)
III Phản ứng hạt nhân: 1 2 3 4
A
Z A+Z B= Z C+Z D
1 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
a Định luật bảo toàn số khối: A1 +A2 = A3 +A4
b Định luật bảo toàn điện tích: Z1 +Z2 = Z3 +Z4
c Định luật bảo toàn động lượng: urP A+PurB =urP C +PurD
d Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2
+ + + = + + +
Chú ý: Quan hệ giữa động lượng và động năng: p2 =2mW d
Khối lượng hạt nhân bằng khối lượng nguyên tử trừ đi khối lượng electron
2 Phản ứng tỏa năng lượng và phản ứng thu năng lượng
Đặt M0 =m A+m B và M =m C+m D
- Nếu M0 > M thì phản ứng tỏa năng lượng ( ) 2
0
E M M C
∆ = −
- Nếu M0 < M thì phản ứng thu năng lượng ( ) 2
0
E M M C
∆ = −
* Trong phản ứng hạt nhân 1 2 3 4
A
Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε1, ε2, ε3, ε4
Năng lượng liên kết tương ứng là ∆E1, ∆E2, ∆E3, ∆E4
Độ hụt khối tương ứng là ∆m1, ∆m2, ∆m3, ∆m4
→ Năng lượng của phản ứng hạt nhân
∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2 hay ∆E = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2 hay ∆E = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c2
IV Các hằng số và đơn vị thường sử dụng
* Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023 mol-1 * Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10-19 J; 1MeV = 1,6.10-13 J
* Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10-27kg = 931 MeV/c2
* Điện tích nguyên tố: |e| = 1,6.10-19 C * Khối lượng prôtôn: mp = 1,0073u
* Khối lượng nơtrôn: mn = 1,0087u * Khối lượng electrôn: me = 9,1.10-31kg = 0,0005u