| LÝ THUYẾT CĂN BẢN CHƯƠNG 7 HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ | ||
|
I. CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ. ĐỘ HỤT KHỐI: 1. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử: Hạt nhân mang điện dương và được cấu tạo từ các nuclôn. Có hai loại nuclôn: - Prôtôn (p), mang điện tích nguyên tố dương +e (e = 1,6.10 -19C). - Nơtrôn (n), không mang điện. - Ký hiệu của hạt nhân nguyên tử là: ${}_{Z}^{A}X$ trong đó: + Z là nguyên tử số hay số prôtôn trong hạt nhân.là số e của ngtử, là số thứ tự trên bảng tuần hoàn., số điện tích hạt nhân Z.e + A là số khối bằng tổng số proton (Z) và số nơtron (N): A = Z + N. gọi là số nuclon Vậy Số nuclon là A Số proton là Z Số notron là N =A-Z
2. Đồng vị: Là những nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôton Z nhưng khác nhau số nơtron N và số nuclon A
3. Đơn vị khối lượng nguyên tử Đơn vị khối lượng trong vật lí hạt nhân kí hiệu là u. 1u = $\frac{1}{12}$ khối lượng nguyên tử cacbon ${}_{6}^{12}$C - Khối lượng còn có thể là đơn vị: eV/c2 hoặc MeV/c2. 1uc2.= 931,5 MeV
4 . Lực hạt nhân: là lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân. Không phải lực điện và hấp dẫn. Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân 5. Độ hụt khối $\Delta m$. Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó $\Delta m=\left[ Z{{m}_{p}}+\left( A-Z \right){{m}_{n}} \right]-{{m}_{x}}.$ 6. Năng lượng liên kết ${{W}_{lk}}$: là năng lượng liên kết giữa các nuclôn trong hạt nhân: $\Delta E={{W}_{lk}}=\Delta m.{{c}^{2}}=([Z{{m}_{p}}+(A-Z){{m}_{n}}]-{{m}_{hn}}).{{c}^{2}}=\Delta m.931,5MeV$
7. Năng lượng liên kết riêng ${{\text{W}}_{LKR}}$ là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn:,và đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân.Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. ${{\text{W}}_{LKR}}=\frac{{{W}_{lk}}}{A}$=$=\frac{\left[ Z{{m}_{p}}+(A-Z){{m}_{n}}-{{m}_{x}} \right]{{c}^{2}}}{A}$ II. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Xét phản ứng hạt nhân: ${}_{{{Z}_{1}}}^{{{A}_{1}}}A+{}_{{{Z}_{2}}}^{{{A}_{2}}}B\to {}_{{{Z}_{3}}}^{{{A}_{3}}}C+{}_{{{Z}_{4}}}^{{{A}_{4}}}D$. 1. Có hai loại phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân tự phát: như sự phóng xạ $A\to B+C$. Trong đó A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con. C là các tia phóng xạ + Phản ứng hạt nhân kích thích: như phản ứng phân hạch, nhiệt hạch. 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân - Định luật bảo toàn số nuclon (số khối): A1 + A2 = A3 + A4. - Định luật bảo toàn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4 - Định luật bảo toàn động lượng. - Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần. Không có định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn động năng. 3. Năng lượng phản ứng hạt nhân: Wtỏa / thu = (mtrước - msau)c2. = $\left[ ({{m}_{A}}+{{m}_{B}})-({{m}_{C}}+{{m}_{D}}) \right]{{c}^{2}}=\Delta M.931,5MeV$ * Nếu mtrước > msau thì W > 0 là phản ứng toả năng lượng * Nếu mtrước < msau thì W < 0 là phản ứng thu năng lượng. Các phản ứng tỏa năng lượng: Phóng xạ, Phân hạch, nhiệt hạch III. PHÓNG XẠ 1. Hiện tượng phóng xạ: Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phân rã phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. ${}_{Z}^{A}X\to {}_{Z'}^{A'}Y$ + tia phóng xạ 2. Các tia phóng xạ: Phóng ra từ hạt nhân nguyên tử a. Phóng xạ anpha (α): ${}_{Z}^{A}X\to {}_{Z-2}^{A-4}Y+{}_{2}^{4}He$ + Tia α chính là hạt nhân nguyên tử ${}_{2}^{4}He$. Mang điện dương và lệch về bản âm tụ điện. + Phóng ra từ hạt nhân với tốc độ 2.107m/s, iôn hóa môi trường mạnh, tầm bay ngắn. + Hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn
b. Phóng xạ bêta ($\beta $): phóng ra với tốc độ lớn gần bằng vận tốc ánh sáng, có khả năng iôn hóa môi trường nhưng yếu hơn tia $\alpha $, tầm bay xa dài hơn. Có hai loại tia bêta: + Tia bêta trừ ${{\beta }^{-}}$(${}_{-1}^{0}e$ hay ${{e}^{-}}$): ${}_{Z}^{A}X\to {}_{Z+1}^{A}Y+{}_{-1}^{0}e$ Là hạt electron, mang điện âm nên lệch về bản dương. Hạt nhân con tiến 1 ô trong bản tuần hoàn + Tia bêta cộng ${{\beta }^{+}}$ (${}_{+1}^{0}e$):${}_{Z}^{A}X\to {}_{Z-1}^{A}Y+{}_{+1}^{0}e$ đó chính là pôzitron hay electron dương. Mang điện dương nên lệch về bản âm. Hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn
c. Phóng xạ gamma ($\gamma $) là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Phóng xạ $\beta $ và $\gamma $ không làm thay đổi số khối A 3. Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ có chu kì bán rã T. cứ sau một chu kì bán rã một nửa ( 50%) chất đó biến thành chất khác.Nên chúng giảm theo hàm số mũ. - Gọi m0 và N0 lần lượt là khối lượng và số nguyên tử ban đầu của chất phóng xạ. Số hạt còn lại : $N=\frac{{{N}_{0}}}{{{2}^{\frac{t}{T}}}}={{N}_{0}}{{e}^{-\lambda t}}$ Khối lượng còn lại $m=\frac{{{m}_{0}}}{{{2}^{\frac{t}{T}}}}={{m}_{0}}{{e}^{-\lambda t}}$ Công thức liên hệ giữa khối lượng(gam) và số hạt ${{N}_{0}}=\frac{m}{A}{{N}_{A}}$ ${{N}_{A}}=6,{{023.10}^{23}}$ - $\lambda $ là hằng số phóng xạ $\lambda =\frac{\ln 2}{T}=\frac{0,693}{T}$ IV. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH - Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn(có số khối trung bình) khi hấp thụ một notron chậm ${}_{0}^{1}n+{}_{92}^{235}U\to {}_{53}^{139}I+{}_{39}^{94}Y+3{}_{0}^{1}n+\gamma $ + Mỗi hạt nhân ${}_{92}^{235}U$ khi phân rã tỏa năng lượng khoảng 200MeV. - Phản ứng phân hạch dây chuyền (k$\ge $1) - Giả sử một lần phân hạch có k nơtron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân ${}^{235}U$ tạo nên k phân hạch mới. - Khi k<1 thì phản ứng tắt nhanh.không duy trì được - Khi k$>$1 thì phản ứng phân hoạch dây chuyền được duy trì bùng nổ về năng lượng.( bom hat nhân) - Khi k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lượng phát ra không đổi theo thời gian. Đây là phản ứng phân hạch có điêu khiển được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân.
V. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH - Là phản ứng trong đó 2 hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn. ${}_{1}^{2}H\,\,+\,\,{}_{1}^{3}H\,\,\to \,\,{}_{2}^{4}He\,\,+\,\,{}_{0}^{1}n\,\,$+ 17,6MeV - Đặc điểm + Phản ứng nhiệt hạch là phaûn öùng toả năng lượng. + Sản phẩm của phản ứng nhiệt hạch sạch hơn ( không có tính phóng xạ) + Nguồn nhiên liệu dồi dào.nên có hướng phát triển mạnh Điều kiện để có phản ứng nhiệt hạch xảy ra Nhiệt độ rất cao cao khoảng 100 triệu độ. + Phản ứng nhiệt hạch xảy ra trên các mặt trời và các vì sao.
|
||
