Định nghĩa Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình biến đổi hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.. Phản ứng hạt nhân tự phát - Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không
Trang 11 Định nghĩa
Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình biến đổi hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác
X 1 + X 2→ X 3 + X 4
trong đó X1, X2 là các hạt tương tác, còn X3, X4 là các hạt sản phẩm
Nhận xét:
Sự phóng xạ: A → B + C
cũng là một dạng của phản ứng hạt nhân, trong đó A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt α hoặc β
Một số dạng phản ứng hạt nhân
a Phản ứng hạt nhân tự phát
- Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác
b Phản ứng hạt nhân kích thích
- Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác
c Đặc điểm của phản ứng hạt nhân:
Biến đổi các hạt nhân
Biến đổi các nguyên tố
Không bảo toàn khối lượng nghỉ
2 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: A 1 A 2 A3 A4
Z 1 X + Z 2 X → X + Z4X
a) Định luật bảo toàn điện tích
Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm
Tức là: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
b) Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A)
Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm
Tức là: A1 + A2 = A3 + A4
c) Bảo toàn động lượng
Trong phản ứng hạt nhân thì động lượng của các hạt trước và sau phản ứng được bằng nhau
Tức là p 1 + = + ⇔ p 2 p 3 p 4 m v 1 1 + m v 2 2 = m v 3 3 +m v4 4
d) Bảo toàn năng lượng toàn phần
Trong phản ứng hạt nhân thì năng lượng toàn phần trước và sau phản ứng là bằng nhau Năng lượng toàn phần gồm động năng và năng lượng nghỉ nên ta có biểu thức của định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:
m c + K + m c + K = m c + K + m c +K
Chú ý: Từ công thức tính động lượng và động năng ta có hệ thức liên hệ giữa động lượng và động năng
2 2 2
2
2
p mv p m v
mv
p m p m K
mv mv
Ví dụ 1: Xác định X trong các phản ứng hạt nhân sau
a) 10 5 Bo X + →α +84Be
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: ĐẶNG VIỆT HÙNG
Trang 2b) 19 9 F p + → +X 168 O
c) n + 92 235 U → 9542Mo + 13957 La 2X 7+ + β−
Ví dụ 2: Cho phản ứng 92235 U → 82206Pb x + α + βy −
Xác định x và y
………
………
……… Đ/s : x = 8 và y= 6
Ví dụ 3: Sau bao nhiêu phóng xạ α và β thì 232 92 U →82206Pb
………
………
……… Đ/s : 6 phóng xạ anpha và 4 phóng xạ beta
3 Năng lượng phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: X 1 + X 2→ X 3 + X 4
Tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia phản ứng:
m = m +m Tổng khối của các hạt nhân sau phản ứng:
m m = +m
Do có sự hụt khối trong từng hạt nhân nên trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khối lượng ⇒ m0≠ m
a) Khi m 0 > m
Do năng lượng toàn phần của phản ứng được bảo toàn nên trong trường hợp này phản ứng tỏa một lượng năng lượng,
có giá trị ∆E = (m0 – m)c2
Năng lượng tỏa ra này dưới dạng động năng của các hạt nhân con
Chú ý: Trong trường hợp này do các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu nên các hạt sinh ra bền
vững hơn các hạt ban đầu
b) Khi m 0 < m
Khi đó phản ứng không tự xảy ra, để nó có thể xảy ra được thì ta phải cung cấp cho nó một lượng năng lượng Trong trường hợp này phản ứng được gọi là phản ứng thu năng lượng
Năng lượng thu vào của phản ứng có độ lớn: ∆E = |m0 – m|c2
Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân 17 37 Cl X + → +n 3718 Ar
a) Xác định hạt X
b) Phản ứng thu hay tỏa năng lượng Tính năng lượng đó
Cho biết khối lượng các hạt mCl = 36,9566u; mAr = 36,9569u; mn = 1,0087u; mX = 1,0073u; 1u = 931 MeV/c2
………
……… Đ/s : Phản ứng thu năng lượng 1,58 MeV
Ví dụ 2: (Trích đề thi Tuyển sinh Cao đẳng 2007)
Cho phản ứng hạt nhân 1 1 H + 13 H → +32H n
Cho biết khối lượng các hạt mH2 = 2,0135u; mH3 = 3,0149u; mn = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2
Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng theo đơn vị Jun
………
Trang 3………
Ví dụ 3: (Trích đề thi Tuyển sinh Cao đẳng 2009) Cho phản ứng hạt nhân 23 11 Na + 1 1 H → 4 2 He +2010Ne Lấy khối lượng các hạt nhân 23 11Na ; 20 10Ne ; 4 2He ; 1 1H lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5 MeV/c2 Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng? ………
………
………
Đ/s : 2,4219 MeV Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân 1 3 T + 12D →α + +X 17, 6 MeV Tính năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 2 g khí Heli ………
………
………
Ví dụ 5: (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2002) Cho phản ứng hạt nhân 234 92 U →α +Th Cho năng lượng liên kết riêng của các hạt lần lượt là 7,1 MeV; 7,63 MeV; 7,7 MeV Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng ………
………
………
Đ/s : 13,98 MeV Ví dụ 6: (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2009) Cho phản ứng hạt nhân: 3 2 4 1 T + 1 D → 2He X+ Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2 Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng? ………
………
………
……… Đ/s : 17,498 MeV
Giáo viên : Đặng Việt Hùng