CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN

Độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân Người thấy rằng khối lượng của môi hạt nhân đều bé hơn khối lượng tổng cộng của các nuclon hợp thành.. Einstein năng lượng toàn phần của hạt

CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN

1 Thành phần cơ bản

của hạt nhân.

1 Thành phần cơ bản của hạt nhân.

 Thành phần cơ bản các hạt nhân gốm có proton và nơtron, gọi chug là nucleon

 Proton: là lo i h t mang đi n tích +1, cĩ kh i l ng b ng 1.6726 × ại hạt mang điện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ại hạt mang điện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ối lượng bằng 1.6726 × ượng bằng 1.6726 × ằng 1.6726 ×

10 27 kg (938.3 MeV/c2) và spin +1/2 −27 kg (938.3 MeV/c2) và spin +1/2

 N tron: là lo i h t khơng mang đi n tích, cĩ kh i l ng b ng 1.6749 ại hạt mang điện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ại hạt mang điện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ện tích +1, cĩ khối lượng bằng 1.6726 × ối lượng bằng 1.6726 × ượng bằng 1.6726 × ằng 1.6726 ×

× 10-27 kg (939.573 MeV/c²) và spin +1/2, t c là l n h n kh i l ng ức là lớn hơn khối lượng ớn hơn khối lượng ối lượng bằng 1.6726 × ượng bằng 1.6726 ×

c a proton chút ít ủa proton chút ít

 Hạt nhân có số khối A và số nguyên tử Z , sẽ gồm có A nuclon

trong số đó có Z proton (điện tích bằng + Ze) và (A - Z) nơtron

Proton và nơtron đều có spin bằng Chúng cũng có mômen từ riêng Điều đáng chú ý là nơtron không mang điện tích nhưng vẫn có

mômen từ do có cấu trúc bên trong.Hạt nhân cấu tạo từ proton và nơtron nên cũng có spin và mômen từ xác định

2 Độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân

 Người thấy rằng khối lượng của môi hạt nhân đều bé hơn khối lượng tổng cộng của các nuclon hợp thành Hiệu số đó gọi

là độ hụt khối của hạt nhân.

 m = Zmp + (A - Z) mn - mhn (3)

Einstein năng lượng toàn phần của hạt nhân bé hơn năng lượng toàn phần của A nuclon khi tách chúng ra riêng lẻ một lượng là :

 E = c 2 m

 E chính là năng lượng cần cung cấp từ ngoài để tách tất cả A nuclon ra riêng lẻ nhau, nói cách khác E có giá trị

bằng và ngược dấu với năng lượng liên

kết các nuclon trong hạt nhân W.

 W = - c 2m

= c 2 [ mhn - Zmp - (A - Z) ma} (4)

• Năng lượng liên kết này đặc trưng

cho mức độ bền vững của hạt nhân Giá trị tuyệt đối của nó càng lớn thì hạt nhân càng khó phân chia thành mãnh.Trong thực nghiệm người ta thường đo được khối lượng toàn bộ

 3 Lực hạt nhân:

3 Lực hạt nhân:

 Là lực tương tác giữa hai hay nhiều

nucleon Nĩ là nguyên nhân gây ra sự gắn kết của các proton và các nơ tron ở trong hạt nhân nguyên tử Trong số nhiều đặc điểm của nó ta có thể kể đến một số đặc điểm sau đây :

3 Lực hạt nhân:

 - Lực hạt nhân về căn bản là lực hút rất mạnh và do đó đã gây nên năng lượng liên kết rất lớn của nuclon

trong hạt nhân Tuy nhiên, khi hai

nuclon ở rất gần nhau r  0,5 10-13

cm thì chúng lại đẩy nhau.

3 Lực hạt nhân:

 - Lực hạt nhân không phụ thuộc vào điện tích thực nghiệm chứng tỏ rằng lực tương tác giữa nơtron - nơtron,

nơtron - proton, proton - proton là gần như nhau.

1./ Sự phóng xạ:

a.) Định nghĩa:

Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những bức xạ gọi là tia

phóng xạ và biến thành hạt nhân khác

Tia phóng xạ không nhìn thấy được nhưng có những tác dụng hóa lý như làm iôn hoá

môi trường , làm đen kính ảnh , gây ra các phản ứng hoá học …

Tia phóng xạ có đặc điểm chung gì?

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

1./ Sự phóng xạ:

a.) Định nghĩa:

Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân

bên trong hạt nhân gây ra và hoàn toàn

không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài ( áp suất, nhiệt độ )

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

Là các dòng hạt nhân của

nguyên tử Hêli( ) mang

hai điện tích dương ( +2e)

4

2 He

Đặc điểm:

- Hạt  phóng ra từ hạt nhân với vận tốc khoảng 10 7 m/s

- Có khả năng iôn hoá chất khí và mất dần năng lượng

- Khả năng đâm xuyên yếu , nó không xuyên qua được tấm thuỷ tinh mỏng và chỉ đi được tối đa 8cm trong

không khí

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

+ Tia  - : bị lệch về phía bản

dương của tụ, đó chính là các

electron, điện tích -e

+ Tia  + : bị lệch về phía bản âm của tụ

( lệch nhiều hơn tia  và đối xứng với tia  - ) thực chất là electron dương (pôzitrôn ) điện tích +e

+

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

b.) Đặc điểm của sự phóng xạ:

Đặc điểm:- Không bị lệch trong điện, từ trường trường

- Khả năng đâm xuyên rất lớn , có thể đi qua lớp chì

dày hàng chục cm và gây nguy hiểm cho con người

0

0

2./ Định luật phóng xạ:

a.) Định luật :

“Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi

một thời gian T gọi là chu kỳ bán rã , cứ sau mỗi chu kỳ này thì ½ số nguyên tử của chất ấy đã biến đổi thành chất khác”

b.) Công thức :

2./ Định luật phóng xạ:

0 1

Theo định nghĩa logarít ta có 2 x = e x ln2

2./ Định luật phóng xạ:

a.) Định luật :

b.) Công thức :

Công thức của định luật này là : N = N 0 e -  t Với N 0 : là số nguyên tử ban đầu

N : là số nguyên tử ở thời điểm t

 : là hằng số phóng xạ , tỷ lệ nghịch với chu kỳ bán rã : ln 2 0, 693

T T

  

Cũng có thể viết theo khối lượng :m = m0 e –  t

Hoặc viết dưới dạng

2./ Định luật phóng xạ:

a.) Định luật :

b.) Công thức :

c.) Độ phóng xạ:

Độ phóng xạ H của một lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu , đo bằng số phân rã trong 1 giây

Độ phóng xạ giảm theo thời gian theo cùng

quy luật với số nguyên tử N :

0

( ) ( ) dN t t

Chất Iốt phóng xạ ( ) có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm Nếu nhận được 100g chất này thì sau 8 tuần lễ khối lượng còn lại bao nhiêu?

131

53 I

Ta có: Chu kỳ bán rã T = 8 ngày đêm

Thời gian phân rã t = 8 tuần = 56 ngày đêm

Phóng Xạ Alpha

Phóng Xạ Beta

Phóng Xạ Gama

LÝ THUYẾT

1) Phương trình tổng quát của phản ứng hạt nhân :

Với : A, B : Các hạt nhân tương tác

C, D : Các hạt nhân sản phẩm

LÝ THUYẾT

2) Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân

 Bảo toàn điện tích (Z)

 Bảo toàn số nuclôn (A)

LÝ THUYẾT

3) Phản ứng hạt nhân tỏa va thu năng lượng

Ta có :

 M0 > M : Phản ứng tỏa năng lượng

 M0 < M : Phản ứng thu năng lượng

4) Sự phóng xạ : Là từng trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân

LÝ THUYẾT

Với :

A : Hạt nhân mẹ

B : Hạt nhân con

C : Hạt  hay 

4) Sự phóng xạ : Là từng trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân

m

m = = m e

2Với : K = t ;

T  

0,693

T

t : Thời gian phóng xạ

T : Chu kỳ bán rã

4) Sự phóng xạ : Là từng trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân

H

2

Với :

m0 : Khối lượng ban đầu của chất phóng xạ

m : Khối lượng của chất phóng xạ ở thời điểm t

N0 : Số nguyên tử ban đầu của chất phóng xạ

N : Số nguyên tử của chất phóng xạ ở thời điểm t

H0 : Độ phóng xạ ban đầu của chất phóng xạ

H : Độ phóng xạ của chất phóng xạ ở thời điểm t

BÀI TẬP

Bài 1 : Ban đầu có 2g Radon là chất phóng

xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ( ngày đêm) Tính :

a)Số nguên tử ban đầu

b)Số nguyên tử còn lại sau thời gian t = 1,5 T

c)Tính ra (Bq) và (Ci) độ phóng xạ của lượng nói trên sau t = 1,5T

222

86Rn

222

86Rn

= 1,91.1021 ( nguyên tử)

3,8.24.3600 = 4,05.1015 (Bq)

15 10

4,05.10H=

3,7.10 = 1,1.105 (Ci)

BÀI TẬP

Bài 2 : Chu kì bán rã của U238 là 4,5.10 9 năm

a) Tính số nguyên tử bị phân rã trong 1 năm của 1 (g)

U238

b) Hiện nay trong quặng Urani thiên nhiên có lẫn U238và U235 theo tỉ lệ số nguyên tử là 140:1 Giả thiết ở thời điểm tạo thành Trái Đất tỉ lệ trên 1:1 Hãy tính tuổi của Trái Đất Biết chu kỳ bán rã của U235 là 7,13.10 8 (năm)

Chú thích : x << 1 có thể coi e -x = 1 – x

lnx = 2,3 logx

NA = 6,022.10 23 /mol

b) Tuổi của Trái Đất

Chu kỳ bán rã của U235 : T2 = 7,13.108 (năm) Tạo thành : 1 : 1 ; Hiện nay : 140 : 1

U238 > U235  N1 > N2

BÀI TẬP

Bài giải 2 :

Gọi N0 : Số nguyên tử ban đầu của mỗi đồng vị

U238 và U235 khi Trái Đất hình thành

N1, N2 : Số nguyên tử của mỗi đồng vị tại lúc xét :

t

-( - ).t 0

a) Viết đầy đủ các phản ứng trên : Cho biết tên gọi, số khối và số thứ tự của các hạt nhân X

b) Trong các phản ứng trên : phản ứng nào là tỏa ? Thu năng lượng ? Tính độ lớn của năng lượng tỏa

ra hay thu vào đó ra (ev)

BÀI TẬP

Bài giải 3 :

Câu 1b :

Gọi :

mA, mB : Khối lượng hạt nhân trước phản ứng

mC, mD : Khối lượng hạt nhân sau phản ứng Độ chênh lệch khối lượng sau phản ứng :

m = (mC + mD) – (mA + mB)

BÀI TẬP

Bài giải 3 :

Câu 1b : m = (mC + mD) – (mA + mB)

 Phản ứng (1) : m = - 0,002554 u < 0 :  Phản ứng tỏa năng lượng

Năng lượng tỏa ra :

E = mc2 = 0,002554.931 (Mev)

 Phản ứng thu năng lượng

Năng lượng thu vào :

E = 1,601 (Mev)

a) Xác định hạt nhân X

b) Tính năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên khi

phân tử/mol

BÀI TẬP

Bài 4 : Người ta dùng phôtôn có năng lượng KP = 1,6

(Mev) bắn vào hạt nhân đứng yên

và thu được 2 hạt giống nhau có cùng động năng

• Viết phương trình của phản ứng, ghi rõ các nguyên tử số Z và số khối A

• Tính động năng K của mỗi hạt

• Phản ứng hạt nhân này tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng, năng lượng này có phụ thuộc vào động năng của phôtôn không ?

• Nếu toàn bộ động năng của 2 hạt thu được ở trên biến thành nhiệt, thì nhiệt lượng này có phụ thuộc vào động năng của phôtôn không ?

7

3Li

 Hạt nhân Heli

Dạng đầy đủ của phản ứng :

BÀI TẬP

Bài giải 4 :

b) Động năng của hạt  : K ?

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần cho phản ứng :

(mP + mLi)c2 + KP = 2mc2 + 2K Với :

Mev C

 K = 9,5 (Mev)