Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân
Bài 36. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN.PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
1. Lực hạt nhân.
Lực tương tác giữa các nuclon gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân.
2. Năng lượng liên kết hạt nhân.
- Độ hụt khối
Xét hạt nhân \({}_Z^AX\)
Khối lượng các nuclon tạo thành hạt nhân X là:
Z\({m_p}\) + ( A – Z )\({m_n}\)
Khối lượng của hạt nhân là\({m_X}\)
Độ hụt khối: \(\Delta m\)= Z\({m_p}\) + ( A – Z )\({m_n}\) - \({m_X}\)
Vậy khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó.
- Năng lượng liên kết.
Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích số của độ hụt khối của hạt nhân với thừa
số \({c^2}\)
Mức độ bền vững của hạt nhân tùy thuộc vào năng lượng kiên kết riêng, Năng lượng kiên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.Hạt nhân có số khối trung bình (50<A<70 ) thì bền vững hơn.
3. Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của hạt nhân chia làm 2 loại:
+ Phản ứng hạt nhân tự phát.
+ Phản ứng hạt nhân kích thích.
4. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
+ Bảo toàn điện tích.\({Z_1} + {Z_2} = {Z_3} + {Z_4}\)
+ Bảo toàn số nuclon.\({A_1} + {A_2} = {A_3} + {A_4}\)
+ Bảo toàn động lượng.\({\vec P_A} + {\vec P_B} = {\vec P_C} + {\vec P_D}\)
5. Năng lượng của phản ứng hạt nhân
+ Tính theo năng lượng liên kết: W = \({W_{lksau}}\)- \({W_{lktr}}\)
W> 0. phản ứng hạt nhân toả năng lượng.
W < 0. phản ứng hạt nhân thu năng lượng.
Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng.
- Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là: \(p_X^2 = 2{m_X}{K_X}\)
- Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành
Ví dụ:
* \(\vec p = {\vec p_1} + {\vec p_2}\)
\( \to \)\({p^2} = p_1^2 + p_2^2 + 2{p_1}{p_2}cos\varphi \)
hay \({(mv)^2} = {({m_1}{v_1})^2} + {({m_2}{v_2})^2} + 2{m_1}{m_2}{v_1}{v_2}cos\varphi \)
hay\(mK = {m_1}{K_1} + {m_2}{K_2} + 2\sqrt {{m_1}{m_2}{K_1}{K_2}} cos\varphi \)
* v = 0 (p = 0) Þ p1 = p2 Þ \(\frac{{{K_1}}}{{{K_2}}} = \frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \frac{{{m_2}}}{{{m_1}}} \approx \frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}\)
(Tương tự v1 = 0 hoặc v2 = 0.)
$. Các hằng số và đơn vị thường sử dụng
* Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023 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 = 1,66055.10-27kg = 931 MeV/c2
* 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 = 9,1.10-31kg = 0,0005u