b) Sự phân hạch: là hiện tượng một hạt nhân rất nặng hấp thu một n chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 neutron và tỏa ra năng lượng lớn.. a) Hệ s[r]
Trang 1Bài 1 Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử.
Độ hụt khối
1 Cấu tạo hạt nhân :
a) Kích thước : d = 10 –16 – 10 –15 m ( 1 Fermi = 10 –15 m )
Hạt nhân hình cầu bán kính,với A là số khối : R=1,2 10−15 A
1
3m
b) Cấu tạo : Từ những nucléon gồm 2 loại :
Proton :Có khối lượng mp = 1840 me ; điện tích qp = +e
Neutron: không mang điện
c) Số khối A :
Nguyên tử số Z : Nguyên tố có số thứ tự Z ở bảng ploại tuần hoàn thì nguyên tố đó có:
Ze mang điện tích -Ze
Zp mang điện tích +Ze
Nn thông thường Nn ≥ Z
Số khối A là tổng số A = Z + N
d) Kí hiệu hạt nhân : Z A A hoặc Z X A Thí dụ :
1 H 1 có Ze = 1 Zp = 1 N = A – Z = 1 – 1 = 0
6 C 12 có Ze = 6 Zp = 6 N = A – Z = 12 – 6 = 6
2 He 4 có Ze = 2 Zp = 4 N = A – Z = 4 – 2 = 2
2 Lực hạt nhân :
Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt mang điện dương hoặc không mang điện nhưng liên kết
với nhau rất bền vững bằng những lực hạt nhân
Lực hạt nhân có bản chất khác & rất mạnh so với lực điện - từ ; lực hấp dẫn
Bán kính tác dụng của lực hạt nhân bằng kích thước của hạt nhân
3 Đồng vị :
a) Các nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số Z p nhưng khác số N n được gọi là đồng vị
b) Thí du : 1H 1 1 D 2 [deuteri] 1 T 3 [triti]
6C10 6C11 C12 C13 C14 C15 C16
4 Đơn vị khối lượng nguyên tử :
a) Định nghĩa: là khối lượng bằng 1/12 khối lượng của đồng vị 6 C 12 Kí hiệu của khối lượng nguyên
tử là u với u = 1,66055.10 –27 kg
Một nguyên tử có số khối là A thì khối lượng của nó gần bằng A tính theo đơn vị u
b) Cách tính u:
Số Avogadro NA là số nguyên tử trong 12g nguyên tử 12C6 với NA = 6,022.1023/mol
Thí dụ :me = 0,000549 u ; mp = 1,007276 u ; mn = 1,008665u
c ) Hệ thức Einstein giữa năng lượng & khối lượng : E = mc 2
Đơn vị khối lượng : eV/c2 hoặc MeV/c2
Ta có
1kg = 0,561.10 30 MeV/c2 1u = 931 MeV/c2
Thí dụ: m e = 9,1095.10 -31 kg = 0,511 MeV/c2 = 0,000549 u;
m p = = = 1,007276 u ;
m n = = = 1,008665 u
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
12
12
−24gam
E=mc 2
⇒m= E
c2=1MeV
c2 =1 ,6022 10−13J
(2 ,99792 108) =1 ,7827 10−30kg
Trang 2+ -
-5 Năng lượng liên kết :
a) Độ hụt khối:
Gọi m0 là khối lượng của Zp và Nn khi chưa liên kết và đứng yên:
Thực nghiệm chứng tỏ, khi proton liên kết với neutron thành hạt nhân có khối lượng mhn thì:
m hn < m 0
Hiệu m = m 0 – m hn gọi là độ hụt khối.
Thí dụ: 1 D 2 m0 = m p + m n > m hn
2,016 u = 1,0073 u + 1,0087 u > 2,0139 u
b) Năng lượng liên kết(Năng lượng liên kết các nucleon trong hạt nhân)
Vì khối lượng hạt nhân < khối lượng p và n khi chưa liên kết nên năng lượng nghỉ của hạt nhân < năng lượng nghỉ của p và n :
m hn < m0 E = mc2 < m0c2 = E0
Vậy:Khi p và n liên kết nhau thành hạt nhân sẽ có năng lượng E tỏa ra; E gọi là năng lượng liên kết hạt nhân :
E = E 0 – E = m 0 c 2 - mc 2
E = (m 0 – m)c 2
Năng lượng này tỏa ra dưới dạng động năng của hạt nhân hoặc tia
Hạt nhân nào có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững.
c) Năng lượng liên kết riêng :
Là năng lượng liên kết tính cho 1 nucleon
Công thức :
W A
Thí dụ: 8O16 thì
W
A = 8 Mev/nucleon
Bài 2 Sự phóng xạ.
1 Sự phóng xạ:
a) Định nghĩa: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân tự phóng ra những bức xạ gọi là tia phóng xạ & biến
đổi thành hạt nhân khác
b) Thí dụ :
( 1 e 0 là chùm positron )
2 Đặc điểm:
Quá trình phóng xạ có nguyên nhân ở bên trong hạt nhân, hoàn toàn không phụ thuộc yếu tố
bên ngoài như nhiệt độ, áp suất …
Mắt không nhìn thấy tia phóng xạ
Tia phóng xạ có tác dụng : ion hóa môi trường, gây ra phản ứng hóa học, bị lệch khi đi qua điện trường…
3 Phân loại: Nghiên cứu phóng xạ phát ra từ urani qua điện trường người ta phân ra 3 loại tia phóng
xạ:
a) Tia :
Tia là chùm hạt nhân của nguyên tử 2 He 4 gọi là hạt alfa
Tính chất:
Tia lệch về bản âm vì có điện tích +2e
Chuyển động với v=107m/s Đâm xuyên yếu, trong không khí đi được 8cm
Làm ion hóa môi trường
b) Tia - :
Tia - là chùm electron , kí hiệu -1 e 0
Tính chất :
Lệch về bản + của tụ điện & lệch nhiều hơn tia vì me nhỏ hơn m
Chuyển động v=3.108m/s, đâm xuyên mạnh, trong không khí đi được vài trăm mét
Làm ion hóa môi trường
Đồng vị 6 C 14 ; 15 P 32 phát ra tia -
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
15P30→1e0+14Si30
Trang 3Chất phóng xạ
N
N0
t
N0/2
N0/4 N0/8
c) Tia + :
Là chùm hạt + e còn gọi là positron, kí hiệu 1 e 0
Tính chất :
Có khối lượng bằng khối lượng e; điện tích +e
Chuyển động v=3.108m/s , khả năng đâm xuyên
mạnh, trong không khí đi được hàng trăm mét
Làm ion hóa môi trường
Đồng vị 6 C 11 phát ra tia β +
d) Tia :
Là sóng điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,01nm, là những photon có năng lượng lớn.
Tính chất :
Khả năng đâm xuyên mạnh, có thể xuyên qua lớp chì dày 1dm Tia gây nguy hiểm cho con người
Không bị lệch trong điện trường, từ trường
4 Định luật phóng xạ :
a) Định luật phóng xạ :
Định luật : Mỗi chất phóng xạ được đăc trưng bởi thời gian T gọi là chu kì bán rã, cứ sau mỗi chu kì thì ½ số nguyên tử của chất ấy đã biến thành chất khác.
Thí dụ : 92 U 238 T= 4,5 10 9 năm 90 Th 232
Công thức : Với N0 là số nguyên tử ban đầu
Số nguyên tử còn lại N0
2
N0
22
N0
23
2k
N (kT )=
N0
2k =N02
−k
=N0e−k Ln2
=N0e−
t
T Ln2
Công thức : N0 : số hạt nhân ban đầu
N : số hạt nhân ở thời điểm t
: Hằng số phóng xạ
Thí dụ :Chu kì bán rã của Urani là T = 4,5.10 9 năm;
của Radi là T = 10 –6 s b) Độ phóng xạ :
Định nghĩa :Là đại lượng đặc trưng cho
tính phóng xạ mạnh hay yếu và đo bằng
số phân rã trong 1s.
Công thức :
với
độ phóng xạ ban đầu
Đơn vị :Đơn vị của độ phóng xạ là Becquerel kí hiệu Bq
Đơn vị khác của độ phóng xạ là Curie kí hiệu C i
1 Ci = 3,7 10 10 Bq
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
N=N0.e−λt
m=m0 e−λt
λ=ln 2
T =
0 , 693
T
H=H0e−λt
H0= λN0
Trang 4Bài 3 Phản ứng hạt nhân.
1 Phản ứng hạt nhân: là sự tương tác giữa hai hạt nhân để biến đổi chúng thành hạt nhân khác theo sơ
đồ :
A & B là hai hạt nhân tương tác
C & D là hai hạt nhân mới Các hạt có thể là hạt sơ cấp ,β ,p ,n Thí dụ :
2 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân :
a) Định luật bảo toàn số khối ( số nucleon ):Tổng số các nucleon của hạt nhân trước và sau phản
ứng thì bằng nhau
A1 + A 2 = A 3 + A 4
b) Định luật bảo toàn điện tích :Tổng điện tích của hạt nhân trước & sau phản ứng thì bằng nhau
Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4
Thí dụ:
c) Định luật bảo toàn năng lượng & động lượng :Tổng năng lượng (động lượng) của hạt nhân
trước và sau phản ứng thì bằng nhau
Không có định luật bảo toàn khối lượng
3 Vận dụng các định luật bảo toàn vào sự phóng xạ Các qui tắc dịch chuyển :
a) Phóng xạ : Thí dụ :
b) Phóng xạ β - : Thí dụ :
Trong phóng xạ còn có hạt neutrino theo phản ứng n p + e- +
Hạt neutrino kí hiệu là , không mang điện,có khối lượng bằng không
c) Phóng xạ β+ : Thí dụ :
Phóng xạ + là sự biến đổi proton thành neutron, positron và neutrino theo phản ứng
p n + e + +
d) Phóng xạ : là phóng xạ đi kèm với , không có sự biến đổi hạt nhân mà năng lượng hạt nhân giảm đi một lượng
= hf = E 1 – E 2
Năng lượng này rất lớn vì bước sóng rất nhỏ
4 Phản ứng hạt nhân nhân tạo :
a) Phản ứng hạt nhân nhân tạo đầu tiên do Rutherford thực hiện năm 1919 Ông dùng hạt bắn
phá nitơ và phát hiện ra hạt proton:
b) Năm 1934 Frédéric & Irène Joliot – Curie dùng hạt (từ poloni) bắn phá một lá nhôm và thu được neutron :
Z 1
A 1A +A 2 Z2B→Z 3 A 3C+Z 4 A 4D
7
14N +24He→178O+11H
1
1H +49 Be→24 He +36 Li
Z
A X →24He+A−4 Z −2Y 22688Ra→α +22286Rn
83
210Bi →−10e +21084Po
Z
A X →−10e+Z+1 AY
Z A
X →10e+ Z−1 A Y 1530P→10e+1430Si
Z
A ∗¿X →
Z
¿
7
14N +He→178O+11H
Trang 5MeV 200 n k X X U
n
0 2 2 A 2 Z 1 1 A 1 Z
236 92
1 0
235
[ P30 không bền & có phóng xạ + ]
c) Số đồng vị phóng xạ tự nhiên là 325 Dùng máy gia tốc người ta tạo ra hơn 1500 đồng vị phóng xạ nhân tạo
5 Máy gia tốc: Do Lorentz chế tạo đầu tiên năm 1932.
a) Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt proton, , các ion để bắn phá hạt nhân
b) Máy gia tốc đầu tiên xiclotron: Dùng lực Lorentz làm các hạt mang điện chuyển động tròn với bán kính quĩ đạo là :
6 Ứng dụng của đồng vị phóng xạ:
a) Tia gamma của 27 Co 60 : Tìm khuyết tật của chi tiết máy Diệt khuẩn để bảo quản nông sản Trị bệnh ung thư…
b) Tia β - của 15 P 32 để đánh dấu phân bón khi được cây hấp thụ (Phương pháp nguyên tử đánh dấu)
c) Khảo cổ học: Dùng C14 để xác định tuổi của cổ vật
Bài 4 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân.
1 Phản ứng hạt nhân:
Giả sử có phản ứng hạt nhân A + B C + D
Gọi m0 = mA + m B là tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng
Gọi m = mC + m D là tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng
2 Phản ứng tỏa năng lượng :
Nếu mA + m B > mC + m D : Phản ứng tỏa năng lượng.
Năng lượng tỏa ra : E = (m 0 – m)c 2 = mc 2 > 0
Phóng xạ tự nhiên tự xảy ra nên thuộc loại tỏa năng lượng
3 Phản ứng thu năng lượng :
Nếu mA + m B < mC + m D : Phản ứng thu năng lượng.
Năng lượng cần thu vào : E = E + Eđ
Với E là năng lượng để thắng lực liên kết ;Eđ là động năng các hạt C và D
4 Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch:Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng :
Phản ứng phân hạch:là phản ứng khi một hạt nhân rất nặng (urani; plutoni …) hấp thu một
neutron bị vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình.
Phản ứng nhiệt hạch: là phản ứng khi hai hạt nhân rất nhẹ (hidro; héli…) kết hợp thành hạt
nhân nặng hơn.
Bài 5 Phản ứng phân hạch – Nhà máy điện nguyên tử
1 Sự phân hạch :
a) Neutron chậm: là n có Eđ nhỏ vào cở động năng chuyển động nhiệt 0,01 eV
b) Sự phân hạch: là hiện tượng một hạt nhân rất nặng hấp thu một n chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 neutron và tỏa ra năng lượng lớn Thí dụ:
Phân hạch urani 235
k là số neutron phát sinh ;s là số neutron làm chậm Thí dụ: 92
235U +n→14058Ce+9341Nb+3 n+7e+182 ,6 MeV
92
235U +n→4295Mo+13957La+2 n
2 Phản ứng dây chuyền:
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
15
30P→1430Si+10e
F=qvB=m v
2
R ⇒ R=
mv qB
Trang 6a) Hệ số nhân neutron: Các neutron phát sinh khi phân hạch thường có động năng lớn và thường
bị các nguyên tử hấp thu Nếu có s neutron được làm chậm (bằng nước nặng,graphic) lại gây
ra sự phân hạch khác tạo thành phản ứng dây chuyền, s gọi là hệ số nhân neutron.
b) Nếu:
sân bay …
c) Khối lượng tới hạn:
Muốn s ≥1 thì khối lượng urani phải đạt giá trị mh gọi là khối lượng tới hạn.
Quả bom nguyên tử Littleboy ( Mĩ thả xuống Hiroshima ) gồm hai phần chứa U 235 với
m h ≈ 50kg
3 Nhà máy điện nguyên tử:
a) Cấu tạo:
Thanh điều chỉnh bằng Bohr hoặc cadimi
b) Năng lượng: Phản ứng phân hạch là động năng của hạt nhân X1 ; X2 và 0 n 1 Khi va chạm với nguyên tử, phân tử của chất tải nhiệt; động năng này chuyển thành nội năng của chất tải nhiệt rồi chuyển thành nội năng của nước làm cho nước hóa hơi và quay turbin
Bài 6 Phản ứng nhiệt hạch.
1 Định nghĩa : Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng
hơn Thí dụ:
D + D → 2 He3 + 0 n 1 + 3,25 MeV
D + T → 2 He4 + 0 n 1 + 17,6 MeV Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng tỏa năng lượng
2 Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch:
Phản ứng kết hợp xảy ra ở nhiệt độ cao (vài trăm triệu độ ) để có thể thắng lực Coulomb
Phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong tự nhiên: Nguồn gốc năng lượng mặt trời và các vì sao là các phản ứng nhiệt hạch
Thí dụ: Phản ứng chu trình carbon – nitơ :
4 H → 2 He4 + 2 e+ + 26,8 MeV
Con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch khi cho nổ bom khinh khí ( bom H : chứa hỗn hợp D và T và được mồi bằng bom nguyên tử để tạo nhiệt độ trăm triệu độ )
Các nhà khoa học đang tìm cách kiểm soát, điều khiển phản ứng nhiệt hạch tốt hơn để cung cấp cho con người nguồn năng lượng vô tận và sạch hơn nhiều so với năng lượng nguyên tử
CÂU HỎI
Trang 71 Trình bày cấu tạo hạt nhân và lực hạt nhân
2 Đơn vị khối lượng nguyên tử là gì? Cách tính
3 Hệ thức Einstein giữa năng lượng và khối lượng
4 Sự phóng xạ là gì? Đặc điểm, phân loại, bản chất các tia
5 Định luật phóng xạ Lập công thức của định luật phóng xạ
6 Độ phóng xạ là gì? Công thức
7 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân Qui tắc dịch chuyển Cho thí dụ
8 Cho thí dụ phản ứng hạt nhân nhân tạo
9 Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ
10 Độ hụt khối, năng lượng liên kết
11 Thế nào là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng Thí dụ
12 Thế nào là phản ứng hạt nhân thu năng lượng Thí dụ
13 Thế nào là phản ứng phân hạch Thí dụ
14 Thế nào là phản ứng phân hạch Thí dụ
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.