ly-thuyet-va-cong-thuc-chuong-vii.thuvienvatly.com.d73e5.51815.pdf

fdhđgfdgdgdgdgdgdg

1. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 1
CHƢƠNG VII : VẬT LÝ HẠT NHÂN
Bài 35. TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN
I. Cấu tạo hạt nhân:
1. Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z là số thứ tự trong bảng tuần hoàn).
- Kích thước hạt nhân rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 10
4
 10
5
lần.
2. Cấu tạo hạt nhân:
- Hạt nhân được tạo thành bởi các nuclôn. Nuclôn bao gồm: Prôtôn (p), điện tích (+e); Nơtrôn (n), không mang điện.
- Số prôtôn trong hạt nhân bằng Z (nguyên tử số) hay số điện tích, số thứ tự trong bảng tuần hoàn.
- Tổng số nuclôn trong hạt nhân kí hiệu A (số khối).
- Số nơtrôn trong hạt nhân là N = A – Z.
3. Kí hiệu hạt nhân: Hạt nhân của nguyên tố X được kí hiệu:A
Z
X

- Kí hiệu này vẫn được dùng cho các hạt sơ cấp: 1
1
p , 1
0
n , 0
1
e

 .
4. Đồng vị: Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác nhau số A.
Ví dụ: Hiđrô có 3 đồng vị
+ Hiđrô thường 1
1
H (99,99%) ;
+ Hiđrô nặng 2
1
H , còn gọi là đơ tê ri 2
1
D (0,015%)
+ Hiđrô siêu nặng 3
1
H , còn gọi là triti 3
1
T , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm.
II. Khối lƣợng hạt nhân :
1. Đơn vị khối lượng hạt nhân: Đơn vị u có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị 12
6
C .
1u = 1,66055.10
-27
kg
2. Khối lượng và năng lượng hạt nhân : Theo lý thuyết Anhxtanh , một vật có khối lượng thì cũng có năng lượng và
ngược lại. Mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng E = m.c
2
+ c: vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.10
8
m/s).
+ 1uc
2
= 931,5MeV  1u = 931,5MeV/c
2
,

MeV/c
2
được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân.
* Khối lượng prôtôn: mp =1,67262.10
-27
kg = 1,0073u
* Khối lượng nơtrôn: mn = 1,67493.10
27
kg =1,0087u
* Khối lượng electrôn: me = 9,1.10
-31
kg = 0,0005u

 Chú ý quan trọng:
+ Khối lƣợng tƣơng đối tính: Một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v khối
lượng sẽ tăng lên thành m với 0
2
2
1
m
m
v
c


Trong đó m0: khối lượng nghỉ và m là khối lượng tương đối tính ( động)
+ Năng lƣợng toàn phần: 2
2 0
2
2
1
mc
E mc
v
c


Trong đó: E0 = m0c
2
gọi là năng lượng nghỉ. K= E – E0 = (m - m0)c
2
chính là động năng tương đối tính của vật.

2. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 2
+ Nếu vật chuyển động với vận tốc nhỏ ( v <<< c ) thì    
21
, . ,
2
oo
m m E E K m v (động năng cổ điển)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bài 36. NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN - PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
I. Lực hạt nhân:
- Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).
- Kết luận:
+ Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân ( lực hút giữa p – p , p – n, n – n) ,
còn gọi là lực tương tác mạnh.
+ Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10
-15
m)
 Lƣu ý: Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, lực hấp dẫn
II. Năng lƣợng liên kết của hạt nhân:
1. Độ hụt khối
- Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.
- Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu m
m = Zmp + (A – Z)mn – mx ,
mx : là khối lượng của hạt nhân (A
Z
X )
2. Năng lượng liên kết: 2
.
lk
W mc 2
. ( ). .
p n X
Z m A Z m m c   


- Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c
2
.
3. Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn. k
W
A

- Một hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
- Các hạt nhân ở khoảng giữa bảng tuần hoàn (có số khối A từ 50 < A < 95) bền vưỡng hơn các hạt nhân ở khoảng đầu
hoặc khoảng cuối bảng tuần hoàn.
III. Phản ứng hạt nhân
1. Định nghĩa và đặc tính: là quá trình biến đổi của các 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: là quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.
- Đặc tính:
+ 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: DCBA
A
Z
A
Z
A
Z
A
Z
4
4
3
3
2
2
1
1

+ Bảo toàn điện tích. Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A). A1 + A2 = A3 + A4
+ Bảo toàn năng lượng toàn phần.
+ Bảo toàn động lượng.
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân

3. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 3
Xét phản ứng hạt nhân: DCBA
A
Z
A
Z
A
Z
A
Z
4
4
3
3
2
2
1
1

Năng lượng của phản ứng hạt nhân được xác định : W = (mtrƣớc – msau)c
2
;
mtrƣớc = mA + mB: tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng ;
msau = mC + mD : : tổng khối lượng của các hạt sau phản ứng ;
- Nếu mtrước > msau =>W > 0: phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
- Nếu mtrước < msau =>W < 0: phản ứng hạt nhân thu năng lượng.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bài 37. PHÓNG XẠ
1. Định nghĩa: Phóng xạ là quá trình tự phân hủy hạt nhân không bền vững (tự nhiên hay nhân tạo). Quá trình này
kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bực xạ điện từ. Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ,
hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.
X  Y + tia phóng xạ
X là hạt nhân mẹ, Y là hạt nhân con, tia phóng xạ là hạt  hoặc 

2. Đặc tính: - Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân.
- Có tính tự phát và không điều khiển được.
- Là một quá trình ngẫu nhiên.
3. Các dạng phóng xạ:
- Phóng xạ  (He
4
2 ): HeYX
A
Z
A
Z
4
2
4
2


- Phóng xạ 
 (e
0
1 ): 00
1 1 0
AA
ZZ
X Y e 

  

- Phóng xạ 
 (e
0
1 ): 00
1 1 0
AA
ZZ
X Y e 

  
- Phóng xạ  : 
0
0
*
XX
A
Z
A
Z
Bản chất và tính chất của các tia phóng xạ
Loại Tia
phóng xạ
Bản Chất Tính Chất 

-Là dòng hạt nhân nguyên tử
Heli (He
4
2 ) phát ra với tốc độ
cỡ 2.10
7
m/s.
- Ion hoá rất mạnh.
- Đâm xuyên yếu, đi được vài xentimet trong không khí và
chừng vài micromet trong vật rắn
- Bị lệch trong điện trường và từ trường 


-Là dòng hạt êlectron (e
0
1 ),
vận tốc v  c
- Ion hoá yếu hơn nhưng đâm xuyên mạnh hơn tia  .Có thể
đi được vài mét trong không khí và chừng vài milimet trong
kim loại
- Bị lệch trong điện trường và từ trường 


-Là dòng hạt pôzitrôn(e
0
1 ) ,
vận tốc v  c 

- Là bức xạ điện từ có bước sóng
rất ngắn (dưới 10
-11
m)
- Đâm xuyên rất mạnh, đi được vài mét trong bêtông và vài
cm trong chì.
- Không bị lệch trong điện trường và từ trường
* Chú ý: Phóng xạ  là phóng xạ đi kèm sau phóng xạ
alpha, 
-
và 
+
.

4. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 4
4. Chu kỳ bán rã: Chu kì bán rã T là khoảng thời gian để số hạt nhân của chất phóng xạ biến đổi thành hạt nhân
khác 
2ln
T  : Hằng số phóng xạ (1
s
 )
5. Định luật phóng xạ: Số hạt nhân (khối lượng) chất phóng xạ giảm dần theo thời gian theo định luật hàm số mũ.
Công thức: t
eNN


0 ; t
emm


0
Hay mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi thời gian T gọi là chu kì bán rã. Cứ sau mỗi một chu kì thì số nguyên tử
của chất ấy đã biến thành chất khác .
Công thức: 0
.2
t
T
NN

 ; 0
.2
t
T
mm


Trong đó: N0, m0 là số hạt nhân, khối lượng ban đầu (t = 0)
N, m là số hạt nhân, khối lượng còn lại sau thời gian t (hay thời điểm t tính từ lúc t = 0)
6. Đồng vị phóng xạ nhân tạo:
Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta còn tạo ra được nhiều
đồng vị phóng xạ khác, gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo
- Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong sinh học, hoá học, y học... Trong y học, người ta đưa các
đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể người. Đây
là phương pháp nguyên tử đánh dấu, có thể dùng để theo dõi được tình trạng bệnh lí. Trong ngành khảo cổ học, người
ta sử dụng phương pháp cacbon , để xác định niên đại của các cổ vật .
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 5
CHƢƠNG VII : VẬT LÝ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
1/Cấu tạo hạt nhân . Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclon. Có 2 loại.
+ Proton. mang điện tích nguyên tố dương. Ký hiệu p
1
1 hay H
1
1
+ Nơtron. không mang điện. Ký hiệu n
1
0


- Ký hiệu hạt nhân nguyên tử . A
Z
X
N: số nơtron, Z: số proton, số thứ tự trong bảng tuần hoàn, điện tích của hạt nhân . A = Z + N . số khối
a. Độ hụt khối. m = Z.mp + (A – Z).mn – mx Với mp, mn, mx là khối lượng proton, nơtron, hạt nhân X
Các hạt đặc biệt có độ hụt khối bằng 0 như : 1 1 o 1
1 1 o o
, , p H, , n

   
b. Năng lƣợng liên kết (cũng là năng lượng toả ra khi phá vỡ hạt nhân). Wlk = m.c
2

* Năng lƣợng cần thiết để phá vở hạt nhân W  Wlk
c. Năng lƣợng liên kết riêng . 22
p n Xlk
(Z.m (A Z).m m ).cW m.c
A A A
  
   

- Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
- Những hạt nhân có số khối từ 50 đến 95 là những hạt nhân bền vững

 Một số hạt đặc biệt : 1
0 n, 4 4 0 o 1 1 o
2 2 1 1 1 1 o
He, e , e , p H,
   

       
2/ Sự phóng xạ.
 Chu kì bán rã. T = ln 2 0,693

 ( giây, phút, giờ, ngày, năm…) ( . hằng số phóng xạ)
 Hằng số phóng xạ. ln 2 0,693
TT
  
 Số mol: 22 4
   
M
A
m N V
n C .V
A N ,
Trong đó: N là số hạt nhân tương ứng với khối lượng m. ; A: số khối ứng với hạt nhân đang xét,

3/ Định luật về sự phóng xạ : Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kì bán rã. Sau mỗi chu
kì một nửa số hạt ban đầu biến đổi thành hạt nhân khác .
 Các biểu thức biểu diễn định luật phóng xạ :
 Số hạt còn lại của chất phóng xạ sau thời gian t : 00
0
22
2


   
tt
.tTT
oAt
truocT
Nm
N N . N .e .N .
A


 Khối lƣợng còn lại của chất phóng xạ sau thời gian t : 0
0
2
2


  
t
.tT
ot
T
m
m m . m .e


Trong đó:
 m0 , N0 : lần lượt là khối lượng ban đầu và số hạt nhân ban đầu của chất phóng xạ.
 m, N : lần lượt là khối lượng và số hạt nhân còn lại của chất phóng xạ vào thời điểm t.

6. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 6
4/ Phƣơng trình phóng xạ: 312
1 2 3

AAA
Z Z Z
X Y Z
Trong đó: + 1
1
A
Z
X là hạt nhân mẹ + 2
2
A
Z
Y là hạt nhân con + 3
3
A
Z
Z là tia phóng xạ
5/ Các công thức mở rộng: X Y Z
 Khối lƣợng chất phóng xạ bị phân rã trong thời gian t: 00
12

    
t
T
m m m m ( )

 Số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã trong thời gian t: 0
0
12

    
t
T
A
truoc
m
N N N .N ( )
A

 Số hạt nhân đƣợc tạo thành sau thời gian t: 0
0
12

     
t
T
sau A
truoc
m
N N N N .N ( )
A

 Tỉ số giữa số hạt nhân đƣợc sinh ra và số hạt nhân còn lại: 21
t
sau T
N
N
 Khối lƣợng chất đƣợc tạo thành sau thời gian t : 0
12
t
sau T
sau
truoc
A
m .m ( )
A

 Tỉ số giữa khối lƣợng hạt nhân đƣợc sinh ra và khối lƣợng hạt nhân còn lại: 21
t
sau sau T
truoc
mA
()
mA

 Phần trăm (%) khối lƣợng của của chất phóng xạ bị phân rã: 
0
1 2 100


t
T
m
% ( ). %
m

 Phần trăm khối lƣợng chất phóng xạ còn lại: : 0
2 100
t
T
m
% . %
m
 Phần trăm (%) số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã: 
0
1 2 100


t
T
N
% ( ). %
N

 Phần trăm (%) số hạt nhân của chất phóng xạ còn lại : 
0
2 100


t
T
N
% . %
N
6/ Phản ứng hạt nhân: là mọi quá trình làm biến đổi hạt nhân
a. Phƣơng trình phản ứng: 31 2 4
1 2 3 4
1 2 3 4
AA A A
Z Z Z Z
X X X X
Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ...
Trƣờng hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X  Y + Z
X là hạt nhân mẹ, Y là hạt nhân con, Z là hạt  hoặc 
* Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân :

7. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 7
+ Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4
+ Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Bảo toàn động lƣợng: 1 2 3 4
p p p p

, với .p mv
+ Bảo toàn năng lƣợng năng lƣợng toàn phần : 1 1 2 2 3 3 4 4
X X X X X X X X
K E K E K E K E
Hay W
sau truocphan ung
KK

Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng.
Trong đó: W
phan ung là năng lượng phản ứng hạt nhân, 21
2
K m v
là động năng chuyển động của hạt nhân
 Nhắc lại : 12
p p p 2 2 2
1 2 1 2 1 2
2 . os( ; )p p p p p c p p    , ( bình phương 2 vế)

- Mối quan hệ giữa động lƣợng PX và động năng KX của hạt X là: 2
2
X X X
p m K

 Lƣu ý : Trong phƣơng trình phản ứng phóng xạ : 12
12
AA
ZZ
A
Z
X Y Z
**Nếu lúc đầu hạt nhân mẹ X đứng yên thì ta có: 12
0
truoc sau sau
p p p    12sau sau
pp  1 1 2 2
..
sau sau sau sau
m K m K

1 2 2 1
2 1 1 2
sau sau sau sau
sau sau sau sau
K m A v
K m A v (1) và 12sau sauphan ung
W K K (2)
** Sau đó giải hệ phương trình (1) và (2) để tìm động năng 12
,
sau sau
KK :’ 1
1
2
(1 )
sau
sauphan ung
sau
m
WK
m
hay 2
2
1
(1 )
sau
sauphan ung
sau
m
WK
m

b. Năng lƣợng phản ứng hạt nhân : 2
W ( ).
truoc sauphan ung
m m c

Trong đó: 12
truoc X X
m m m là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.
34
sau X X
m m m là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng.
+ Wphan ung > 0 : phản ứng hạt nhân tỏa năng lƣợng .
+ Wphan ung < 0 : phản ứng hạt nhân thu năng lƣợng .
 Lƣu ý : Ngoài ra năng lƣợng của phản ứng hạt nhân còn đƣợc xác định :
W . .
sau sau truoc truocphan ung
AA
W W . W
phan ung LK sau LK truoc 2
W . .
sau truocphan ung
m m c

W
sau truocphan ung
KK

Các hằng số và đơn vị thƣờng sử dụng
* Số Avôgađrô: NA = 6,022.10
23
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
-27
kg = 931,5 MeV/c
2
* 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
-31
kg = 0,0005u
 Phƣơng pháp giải bài toán phản ứng hạt nhân đi tìm động năng K, vận tốc v hay góc tạo bởi phƣơng
chuyển động của 2 hạt : Thực hiện 1 trong 3 bƣớc sau :
o Bƣớc 1: Viết định luật bảo toàn năng lượng toàn phần p 1
p 2
p

8. Hãy biết lắng nghe và quan sát
Giáo viên : Lư Hữu Chuyên 8 3 4 1 2
W ( ) ( )
sau truoc X X X Xphan ung
K K K K K K
, xác định hạt đứng yên 2
0
X
K ( thường là các
hạt trước phản ứng ) , suy ra : 3 4 1
W
X X Xphan ung
K K K

(1)
o Bƣớc 2:
- Tính năng lượng của phản ứng ( nếu đề bài cho khối lượng của các hạt nhân ) . Nếu đề bài cho khối lượng
của các hạt nhân bằng số khối thì chưa thể tính được năng lượng của phản ứng.
- Ghi các dữ kiện của đề bài về độ lớn vận tốc của các hạt hay phương chuyển động của các hạt như thế nào
với nhau .
o Bƣớc 3 : Viết định luật bảo toàn động lượng 1 2 3 4
p p p p
,
xác định hạt đứng yên 2
0
X
p ( thường là các hạt trước phản ứng ), suy ra : 1 3 4
p p p


- Nếu dữ kiện của bƣớc 2 là : 34
; pp

thì 2 2 2
1 3 4 3 4
2. . . osp p p p p c

Chuyển động lượng thành động năng : 1 1 3 3 4 4 3 3 4 4
2 . 2 . 2 . 2. 2 . . 2 . . osm K m K m K m K m K c

(2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình tìm giá trị đề bài yêu cẩu.
- Nếu dữ kiện của bƣớc 2 là : 13
; pp
4 1 3
p p p
( chuyển 2 vecto được xác định góc về cùng một
vế rồi bình phương 2 vế) thì 2 2 2
4 1 3 1 3
2. . . osp p p p p c

Chuyển động lượng thành động năng : 4 4 1 1 3 3 1 1 3 3
2 . 2 . 2 . 2. 2 . . 2 . . osm K m K m K m K m K c

(2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình tìm giá trị đề bài yêu cẩu.
 Lƣu ý :
- Tùy theo điều kiện của từng bài tập mà chỉ thực hiện 1 hay 3 bước trên .
Nếu đề bài yêu cầu tính vận tốc thì 82.
.3.10 ( / )
.931,5
K
v m s
m

, K : động năng tính bằng đơn vị MeV và m: khối
lượng hạt nhân tính bằng đơn vị u .