Vật lý hạt nhân

Tóm tắt lý thuyết >> Bài tập cơ bản >> Bài tập ôn luyện >> Bài tập trắc nghiệm >>

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Cấu trúc hạt nhân. Độ hụt khối và năng lượng liên kết

Hạt nhân nguyên tử bao gồm các proton và notron gọi chung là các hạt nuclon. Các nuclon này liên kết bằng lực hạt nhân, là loại lực có cự li tương tác rất nhỏ. Một hạt nhân X có Z proton và N notron thì sẽ có Z = A + N nuclon, sẽ được kí hiệu là  Z cũng chính là vị trí của nguyên tố tương ứng trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Khối lượng của các nuclon hay các hạt nhân được đo bằng đơn vị Cacbon, là khối lượng bằng 1/12 khối lượng của hạt nhân C12, kí hiệu là u. Khối lượng của proton là 1,0073 u, khối lượng của notron là 1,0087 u. Đơn vị khối lượng u cũng có thể viết là 931 MeV/c².

Điều đặc biệt là tổng khối lượng m₀ của các nuclon cấu thành bao giờ cũng lớn hơn khối lượng m của hạt nhân. Gọi Δm = m₀ – m là độ hụt khối của hạt nhân. Theo hệ thức năng lượng của Anhxtanh, ta thấy năng lượng tối thiểu để giải phóng các nuclon trong hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ tối thiểu phải là Δm.c². Năng lượng đó gọi là năng lượng liên kết của hạt nhân.

Năng lượng liên kết trung bình đối với mỗi nuclon gọi là năng lượng liên kết riêng. Có thể xem năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền của hạt nhân.

2. Phóng xạ.

Sự phóng xạ là hạt nhân phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Các tia phóng xạ có thể là tia α gồm các hạt nhân hạt Heli, tia β gồm các electron hoặc phản electron hay các tia gamma là các sóng điện từ mạnh.

Bản chất của phóng xạ β⁺ là một proton biến thành một notron và một hạt e⁺:

p     —>     n + e⁺

Bản chất của phóng xạ β^– là một notron biến thành một proton và một hạt e^–:

n    —>      p + e^–.

Sự phóng xạ không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, ánh sáng. Cứ sau một khoảng thời gian T gọi là chu kì bán rã thì số lượng hạt nhân phóng xạ giảm đi một nửa. Do dó ta viết:

Hoặc                                             N = N₀.e^-λt với λ = ln2/T

Từ đó ta cũng có:

Độ phóng xạ hay hoạt độ phóng xạ là số hạt phóng xạ trong một giây. Một phóng xạ trên giây gọi là một Bec-cơ-ren (Bq), 1 Curi (Ci) là 3,7.10¹⁰ phóng xạ trên giây: 1 Ci = 3,7.10¹⁰ Bq.

Ta cũng có:

3. Phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân là tương tác của các hạt nhân dẫn đến sự tạo thành các hạt nhân khác.

Trong phản ứng hạt nhân, khối lượng có thể thay đổi nhưng các đại lượng sau đây được bảo toàn:

• Tổng số khối của các hạt nhân
• Tổng điện tích của các hạt nhân
• Năng lượng của các hạt nhân
• Động lượng của các hạt nhân.

4. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng phân hạch là sự hấp thụ notron của một hạt nhân số khối lớn rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình. Phản ứng này thường kèm theo sự phóng ra các notron khác.

Tùy theo hệ số nhân notron (số notron phát ra trong mỗi phản ứng) và kết cấu của mẫu chất mà phản ứng được duy trì hay không.

Phản ứng nhiệt hạch là sự kết hợp giữa các hạt nhân nhẹ dưới tác dụng của nhiệt độ cao thành các hạt nhân lớn hơn. Nhiệt độ cho phản ứng này xảy ra là hàng triệu độ. Do đó, để phản ứng nhiệt hạch xảy ra, trước đó cần có một phản ứng phân hạch.