CHƯƠNG VIII VẬT LÝ HẠT NHÂN I Các tính chất cơ bản của hạt nhân 1 Cấu trúc hạt nhân Hạt nhân được cấu tạo bởi các proton và nơtron, cả hai được gọi chung là nuclôn Ký hiệu hạt nhân X là tên nguyên tố[.]
CHƯƠNG VIII VẬT LÝ HẠT NHÂN I.Các tính chất hạt nhân 1.Cấu trúc hạt nhân:Hạt nhân cấu tạo proton nơtron, hai gọi chung nuclôn Ký hiệu hạt nhân: A Z X X tên nguyên tố tương ứng Z số proton, A = Z + N : số khối, N = A – Z số nơtron a) Các hạt nhân đồng vị hạt có Z b) Các hạt nhân đồng khối hạt có số khối A c) Các hạt nhân đồng nơtron hạt có số nơtron d) Các hạt nhân gương hạt nhân mà số proton hạt số nơtron hạt Các hạt nhân khối lượng nhỏ có xu hướng có số proton nơtron gần hạt nhân khối lượng lớn có số nơtron lớn số proton Kích thước hạt nhân: Thực nghiệm chứng tỏ đa số hạt nhân có dạng gần gần hình cầu Một số phương pháp thực nghiệm dùng để xác định kích thước hạt nhân chúng cho gần kết Một biểu thức gần cho bán kính R hạt nhân là: 1/3 R Ro A Ro = (1,2 – 1,5).10-15m = (1,2- 1,5)fm Thể tích gần hạt nhân: 4 V R Ro A Mật độ khối lượng hạt nhân: mp A M hn V 45 (1, 2) 10 A 27 1, 67.10 17 10 kg / m 45 (1, 2) 10 3.Spin hạt nhân Tương tự electron, nuclôn có momen quỹ đạo momen spin, nuclơn có spin 1/2 Do momen động lượng nuclơn thứ i là: ji li si Momen động lượng toàn phần hạt nhân là: J ji , J J ( J 1) i J gọi số lượng tử momen tồn phần, A lẽ J số bán nguyên 1/2, 3/2, 5/2,…nếu A chẵn J số nguyên 4.Momen từ hạt nhân Nuclơn có momen spin, nên có momen từ spin Momen từ hạt nhân tổng momen từ spin nuclôn tổng momen từ proton Đơn vị momen từ hạt nhân manhêtôn hạt nhân có trị số bằng: e 27 N 5, 050.10 J / T 2m p Momen từ hạt nhân nhỏ momen từ quỹ đạo electron khoảng 103 lần, nên độ tách mức gây momen từ hạt nhân nhỏ khoảng 103 lần so với độ tách mức gây tương tác spin – quỹ đạo ,điều giải thích cấu trúc siêu tinh tế phổ 5)Lực hạt nhân: Sự tồn hạt nhân bền vững chứng tỏ cho tồn lực tương tác nuclon liên kết chúng hạt nhân Các tương tác quy loại tương tác biết trước (tương tác hấp dẫn, điện từ) Người ta phân lực hạt nhân thành hai loại: lực hạt nhân yếu liên quan đến phân rã bê ta , lực hạt nhân (hay tương tác mạnh) ta xét Một số đặc tính lực hạt nhân: a) Lực hạt nhân có tầm tác dụng ngắn: phạm vi 10-15m lực mạnh Ngồi khoảng giảm nhanh xuống khơng b)Lực hạt nhân khơng phụ thuộc điện tích c)Lực hạt nhân phụ thuộc spin nuclôn d) Lực hạt nhân lực xun tâm e) Lực hạt nhân có tính chất bão hòa f) Lực hạt nhân lực trao đổi: Theo Yukawa nucleon tương tác với cách trao đổi loại hạt gọi mêzon π 6.Khối lượng lượng liên kết hạt nhân a) Khối lượng hạt nhân: Để đo khối lượng hạt VLHN, người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu u) Theo định nghĩa 1u 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị cacbon C12 1u = 1,6605402.10-27 kg Theo hệ thức Einstein E = mc2 lượng tương ứng với khối lượng 1u là: E = 1uc2 = 931,5 MeV Hay 1u = 931,5 Mev/c2 b) Độ hụt khối lượng liên kết: Khối lượng Mhn hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân lượng gọi độ hụt khối : M Zm p ( A Z )mn M hn Năng lượng tương ứng với độ hụt khối gọi lượng liên kết Elk Theo hệ thức Einstein: Elk M c Zm p Nmn M hn c Vì bảng thường ghi khối lượng nguyên tử nên thay Mhn M – Zme với M khối lượng nguyên tử hạt nhân có Z proton N nơtron, me khối lượng electron, mà mp = MH – me với MH khối lượng nguyên tử 11H 2 Elk M c Zm p Nmn M hn c Z ( M H me ) Nmn ( M Zme .c ZM H Nmn M .c c) Năng lượng liên kết riêng: Là lượng liên kết ứng với nuclôn Elk A Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững Mev 240 40 120 140 A Sự phụ thuộc lượng liên kết riêng theo A Đồ thị cho thấy: a) Năng lượng liên kết riêng tăng nhanh hạt nhân nhẹ từ 1,1MeV ( 11H ) 2,8MeV ( 13 H ) đạt giá trị MeV ( 24 He) b) Đối với hạt nhân nặng có A từ 140 đến 240, lượng liên kết riêng giảm dần chậm c) Đối với hạt nhân trung bình có A từ 40 đến 140, NLLKR có giá trị lớn nằm khoảng từ 8,6MeV Điều giải thích hạt nhân trung bình lại bền vững II Hiện tượng phóng xạ: Là tượng hạt nhân tự động phát hạt gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Trong trình phóng xạ, hạt nhân trạng thái khơng bền vững chuyển sang trạng thái bền vững hơn, nghĩa trạng thái ứng với lượng thấp Vậy trình biến đổi phóng xạ xảy khối lượng tĩnh hạt nhân xuất phát lớn tổng khối lượng sản phẩm sinh biến đổi phóng xạ Các cơng trình nghiên cứu xác nhận, tia phóng xạ gồm thành phần: a) Tia chùm hạt tích điện dương, bị lệch điện trường từ trường Về chất chùm hạt nhân nguyên tử He có điện tích 2e b) Tia bị lệch điện trường từ trường Về chất chùm electron c) Tia xạ điện từ có bước sóng ngắn bước sóng tia X Tia phóng xạ có tính chất sau: chúng kích thích số phản ứng hóa học, phá hủy tế bào, ion hóa chất khí, xun thâu qua vật chất Tia ion hóa chất khí mạnh xun thâu kém; tia ion hóa chất khí xuyên thâu mạnh hơn; tia coi khơng có khả ion hóa chất khí xuyên thâu mạnh 2.Định luật phân rã: Giả sử thời điểm t, số hạt nhân chưa bị phân rã chất PX N Sau thời gian dt số hạt nhân bị giảm –dN Độ giảm –dN rõ ràng tỉ lệ với N dt: dN dN Ndt dt N N t dN t dt N N o e N No hệ số tỉ lệ gọi số phân rã ... Các hạt nhân đồng vị hạt có Z b) Các hạt nhân đồng khối hạt có số khối A c) Các hạt nhân đồng nơtron hạt có số nơtron d) Các hạt nhân gương hạt nhân mà số proton hạt số nơtron hạt Các hạt nhân. ..I.Các tính chất hạt nhân 1.Cấu trúc hạt nhân :Hạt nhân cấu tạo proton nơtron, hai gọi chung nuclôn Ký hiệu hạt nhân: A Z X X tên nguyên tố tương ứng Z số proton,... spin Momen từ hạt nhân tổng momen từ spin nuclôn tổng momen từ proton Đơn vị momen từ hạt nhân manhêtơn hạt nhân có trị số bằng: e 27 N 5, 050.10 J / T 2m p Momen từ hạt nhân nhỏ momen