vật lí hạt nhân

VẬT LÝ HẠT NHÂN • CẤU TẠO HẠT NHÂN • Điện tích khối lượng • Kích thước cấu trúc hạt nhân • NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ LỰC HẠT NHÂN • PHẢN ỨNG HẠT NHÂN • • • • • Các loại tương tác ứng hạt nhân Năng lượng phản ứng hạt nhân Năng lượng ngưỡng Phản ứng phân hạch hạt nhân – Lò phản ứng hạt nhân - phản ứng dây chuyền • PHĨNG XẠ • • • • • CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN RÃ PHÂN RÃ GAMMA PHÂN RÃ ALPHA PHÂN RÃ BETA PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN CẤU TẠO HẠT NHÂN Lịch sử phát triển hạt nhân nguyên tử • 1896 (năm khai sinh vật lý hạt nhân)Henri Becquerel(18521908) khám phá phóng xạ phát hợp chất Unranium •1911 Rutherford tiến hành thí nghiệm tán xạ hạt alpha, thí nghiệm quan trọng giúp phát lực chưa biết – lực hạt nhân •1930 Cockroft Walton tiến hành thí nghiệm phản ứng hạt nhân máy gia tốc hạt tích điện •1932 Chadwick phát neutron(nơtrơn) kết luận hạt nhân nguyên tử cấu tạo neutron •1933 Joliot Irene Curi phát phóng xạ nhân tạo •1938 Meitner, Hahn Strassmann phát phân hạch hạt nhân •1942 Fermi cộng phát triển lò phản ứng phân hạch hạt nhân CẤU TẠO HẠT NHÂN Cấu tạo hạt nhân: hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt proton (+e) neutron(0) Các đại lượng hạt nhân: Số nguyên tử khối (số proton): Z Số neutron : N Khối lượng hạt nhân : A Điện tích hạt nhân • proton mang điện tích +e (e = 1,602 177 x10 -19 C) •Proton cấu tạo từ hạt quark (các hạt bản): •Neu tron hạt trung hịa điện: điện tích = •Neutron cấu tạo từ hạt quark Khối lượng hạt nhân Định nghĩa đơn vị khối lượng nguyên tử: lấy khối lượng 12C trung hòa làm chuẩn: m( 12C) = 12 u => u = 1/[12 m( 12C)] = 1.660540x10-27 kg CẤU TẠO HẠT NHÂN Khối lượng hạt nhân Định nghĩa đơn vị khối lượng nguyên tử: lấy khối lượng 12C trung hòa làm chuẩn: m( 12C) = 12 u => u = 1/[12 m( 12C)] = 1.660540x10-27 kg •Khối lượng tính theo lượng nghĩ, 1u: CẤU TẠO HẠT NHÂN Kích thước cấu trúc hạt nhân •Kích thước hạt nhân: lần khảo sát thí nghiệm tán xạ Rutherford •Từ thí nghiệm với động hạt alpha vào cỡ 7MeV, cho thấy kích thước hạt nhân vào cỡ 10-15 m = 1fm CẤU TẠO HẠT NHÂN Kích thước cấu trúc hạt nhân •Sau Rutherford có nhiều thí nghiệm xác định kích thước hạt nhân kết cho thấy hình dạng hạt nhân xấp xĩ có dạng hình cầu có bán kính: R = r0A1/3 •Tìm biểu thức xấp xỉ cho khối lượng hạt nhân có số khối A •Tìm thể tích mật độ hạt nhân BÀI TẬP - CẤU TẠO HẠT NHÂN Xác định bán kính hạt nhân r0 = 1,4.10-15 m 12 C, biết bán kính điện Bán kính hạt nhân 23892U lớn bán kính proton lần biết r0 = 1,4.10-15 m Xác định số điện tích, số nuclơn ký hiệu hóa học hạt nhân nguyên tử 32He, 74Be, 158O thay proton neutron neutron proton NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ LỰC HẠT NHÂN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT – ĐỘ HỤT KHỐI •Từ kết đo khối lượng hạt nhân cho thấy khối lượng hạt nhân M nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân lượng ∆M (độ hụt khối) ∆M = Zmp +(A – Z)mn - M •Từ định luật bảo tồn lượng cơng thức Einstein cho thấy độ hụt khối tương ứng với lượng liên kết hạt nhân Wlk = c2∆M = c2[Zmp +(A – Z)mn – M] •NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT TÍNH THEO KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ Wlk = c2[ZMH +(A – Z)mn – MA] x 931,494 (MeV/u) MH : khối lượng Hidro; MA: khối lượng nguyên tử hạt nhân NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ LỰC HẠT NHÂN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT RIÊNG – lượng liên kết nuclơn ε = Wlk/A •Tìm lượng liên kết hạt nhân Deuteron cấu tạo từ proton neutron Cho biết khối lượng Deuteron 2,014102 u, khối lượng Hidro 1,007825 u, khối lượng proton 1,007276u , khối lượng neutron 1,008665 u NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ LỰC HẠT NHÂN LỰC HẠT NHÂN •Là lực tương tác tầm ngắn – tầm tác dụng cỡ fm •Là lực tương tác mạnh lực điện từ •Là lực hút •Có tính bão hịa nuclơn tương tác với số nuclơn định quanh Bài 1: 24 11 Na Natri chất phóng xạ β- với chu kì bán rã T=15h Ban đầu có 12g a Viết phương trình phản ứng phóng xạ b Tính độ phóng xạ khối chất lại sau 30h 210 2: 84 Po Pơlơni chất phóng xạ alpha với Bài chu kì phóng xạ 140ngày đêm, ban đầu có 21g a Viết phương trình phản ứng phóng xạ , tìm cấu tạo hạt nhân con? b Tính số hạt nhân Po ban đầu số hạt lại sau thời gian 280 ngày 325ngày Bài 3:Cho phản ứng hạt nhân sau ; 10 B + A2 Z2 X => He + Be Tìm hạt nhân X ,tính xem phản ứng thu hay toả lượng ? Cho :mB= 9,9756u ; mHe =4,001506u ,mX=1,998u, mBe=7,9796u ; u= 931,5MeV/c2 Bài 4:Chất phóng xạ Po phân rã theo phản ứng sau : 210 84 Po => He + 206 82 Pb a Tính lượng toả có 10 g Po phân rã hết ? Cho :mPo= 209,9828u ; mHe =4,0026u , mPb =205,9744u, u= 931,5MeV/c2 b Tính động hạt sản phẩm sau phản ứng ? Bài : Ban đầu có 2g Radon (222Rn) chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ( ngày đêm) Tính a/Số nguyên tử ban đầu b/Số nguyên tử lại sau thời gian t = 1,5T c/Tính (Bq) (Ci) độ phóng xạ lượng Rađon nói sau t = 1,5T Bài : Cho phản ứng hạt nhân : Na + P  X + Ne → 23 11 1 20 10 a Viết đầy đủ phản ứng : Cho biết tên gọi, số khối số thứ tự hạt nhân X b Phản ứng : phản ứng tỏa hay thu lượng ? Tính độ lớn lượng tỏa hay thu vào (eV) Cho khối lượng hạt nhân : mNa==22,983734u , mp =1,007276u mα =4,0015u , mNe=19,97865u , u= 931,5MeV/c2 Bài 7: Cho phản ứng hạt nhân : T + X  He + n+17,6 (MeV) → a Xác định hạt nhân X b Tính lượng tỏa từ phản ứng tổng hợp (g) He Cho biết NA = 6,02.1023 phân tử/mol Bài 8: Trong mẫu quặng Uran, người ta thấy có lẫn 206Pb 238U Nếu tỉ lệ 10 ngun tử Uran có ngun tử chì a Viết phương trình biết Uran phân rã thành chì qua số lần phát alpha beta trừ b Xác định tuổi quặng biết chu kì T = 4,5.109 năm Bài : Người ta dùng prôtôn có lượng K=1,6 (MeV) bắn vào hạt nhân Li(3-7) đứng yên thu hạt giống có động a Viết phương trình phản ứng, ghi rõ nguyên tử số Z số khối A b Tính động K hạt c Phản ứng hạt nhân tỏa hay thu lượng Cho : mp = 1,0073u ; mLi = 7,0144 u mα = 4,0015u; u= 931MeV/c2 Bài 10:Bắn hạt alpha có động 4MeV vào hạt nhân N(7-14) đứng n thu hạt prơtơn hạt nhân X a Tìm hạt nhân X tính xem phản ứng thu hay toả lượng ? b Giả sử hạt sinh có tốc độ , tính động tốc độ prơtơn c Tìm góc tạo hai hạt sau phản ứng Cho mα = 4,0015u; mX= 16,9947u ; mN= 13,9992u; mp=1,0073u; u=931,5MeV/c2 Bài 11: phân tích mẫu gỗ, người ta xác định rằng: 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ 14C phân rã thành 14N Xác định tuổi mẫu gỗ này, Biết chu kỳ bán rã 14C 5570 năm Bài 12: Cho biết 238U 235U đồng vị phóng xạ Trong quặng thiên nhiên tỉ lệ 238U/235U 160:1 Giả sử tỉ lệ hình thành trái đất 1:1 Tính tuổi trái đất Biết chi kỳ bán rã 238U 235U T1 = 4,5.109 năm T2 = 7,13.108 năm Bài 13: Bom nhiệt hạch(bom kinh khí) dùng phản ứng: D + T = He + n a Tính lượng tỏa dùng 4g He để tạo thành vụ nổ b Năng lương tương đương với lương thuốc nổ Biết suất tỏa nhiệt TNT 4.1KJ/kg ... lị phản ứng hạt nhân ngày sử dụng uranium làm nhiên liệu PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH HẠT NHÂN: Là phản... a + X → Y + b Hay viết X(a,b)Y Hạt nhân a bắn vào hạt nhân X phát hạt nhân b sinh hạt nhân Y • Phản PHẢN ỨNG HẠT NHÂN CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN a+X→ Y+b • BẢO TỒN SỐ KHỐI... ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH HẠT NHÂN – phản ứng bắt neutron : xuất hạt nhân nặng bị phân chia thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ Trong phản ứng tổng khối lượng hai hạt nhân