Hat Nhân _ vi nô vĩ mô

CHƯƠNG IX. VẬT LÝ HẠT NHÂN 1. Hiện tượng phóng xạ * Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t 0 0 .2 . t t T N N N e l - - = = * Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành và bằng số hạt (α hoặc e - hoặc e + ) được tạo thành: 0 0 (1 ) t N N N N e l - = - = -D * Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t 0 0 .2 . t t T m m m e l - - = = Trong đó: N 0 , m 0 là số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu T là chu kỳ bán rã 2 0,693ln T T l = = là hằng số phóng xạ λ và T không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài mà chỉ phụ thuộc bản chất bên trong của chất phóng xạ. * Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t 0 0 (1 ) t m m m m e l - = - = -D * Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã: 0 1 t m e m l - D = - Phần trăm chất phóng xạ còn lại: 0 2 t t T m e m l - - = = * Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t 1 0 1 1 1 0 (1 ) (1 ) t t A A A N AN m A e m e N N A l l - - D = = - = - Trong đó: A, A 1 là số khối của chất phóng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành N A = 6,022.10 -23 mol -1 là số Avôgađrô. Lưu ý: Trường hợp phóng xạ β + , β - thì A = A 1 ⇒ m 1 = ∆m * Độ phóng xạ H Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, đo bằng số phân rã trong 1 giây. 0 0 .2 . t t T H H H e N l l - - = = = H 0 = λN 0 là độ phóng xạ ban đầu. Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây Curi (Ci); 1 Ci = 3,7.10 10 Bq Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H 0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s). 2. Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liên kết * Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng Vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ E = m.c 2 Với c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. * Độ hụt khối của hạt nhân A Z X ∆m = m 0 – m Trong đó m 0 = Zm p + Nm n = Zm p + (A-Z)m n là khối lượng các nuclôn. m là khối lượng hạt nhân X. 1 * Năng lượng liên kết ∆E = ∆m.c 2 = (m 0 -m)c 2 * Năng lượng liên kết riêng (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): E A D Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. 3. Phản ứng hạt nhân * Phương 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 Trường hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X 1 → X 2 + X 3 X 1 là hạt nhân mẹ, X 2 là hạt nhân con, X 3 là hạt α hoặc β * Các định luật bảo toàn + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A 1 + A 2 = A 3 + A 4 + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4 + Bảo toàn động lượng: 1 2 3 4 1 1 2 2 4 3 4 4 m m m mp p p p hay v v v v+ = + + = + uur uur uur uur ur ur ur ur + Bảo toàn năng lượng: 1 2 3 4 X X X X K K E K K+ + = +D Trong đó: ∆E là năng lượng phản ứng hạt nhân 2 1 2 X x x K m v= là động năng chuyển động của hạt X Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng. - Mối quan hệ giữa động lượng p X và động năng K X của hạt X là: 2 2 X X X p m K= - Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành Ví dụ: 1 2 p p p= + ur uur uur biết · 1 2 ,p p j = uur uur 2 2 2 1 2 1 2 2p p p p p cos j = + + hay 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) 2mv m v m v m m v v cos j = + + hay 1 1 2 2 1 2 1 2 2mK m K m K m m K K cos j = + + Tương tự khi biết · 1 1 φ ,p p= uur ur hoặc · 2 2 φ ,p p= uur ur Trường hợp đặc biệt: 1 2 p p^ uur uur ⇒ 2 2 2 1 2 p p p= + Tương tự khi 1 p p^ uur ur hoặc 2 p p^ uur ur v = 0 (p = 0) ⇒ p 1 = p 2 ⇒ 1 1 2 2 2 2 1 1 K v m A K v m A = = » Tương tự v 1 = 0 hoặc v 2 = 0. * Năng lượng phản ứng hạt nhân ∆E = (M 0 - M)c 2 Trong đó: 1 2 0 X X M m m= + là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng. 3 4 X X M m m= + là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng. Lưu ý: - Nếu M 0 > M thì phản ứng toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của các hạt X 3 , X 4 hoặc phôtôn γ. Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn. - Nếu M 0 < M thì phản ứng thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của các hạt X 1 , X 2 hoặc phôtôn γ. Các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững. * Trong phản ứng hạt nhân 31 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z X X X X+ +® Các hạt nhân X 1 , X 2 , X 3 , X 4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 . Năng lượng liên kết tương ứng là ∆E 1 , ∆E 2 , ∆E 3 , ∆E 4 Độ hụt khối tương ứng là ∆m 1 , ∆m 2 , ∆m 3 , ∆m 4 Năng lượng của phản ứng hạt nhân 2 p ur 1 p uur 2 p uur φ ∆E = A 3 ε 3 +A 4 ε 4 - A 1 ε 1 - A 2 ε 2 ∆E = ∆E 3 + ∆E 4 – ∆E 1 – ∆E 2 ∆E = (∆m 3 + ∆m 4 - ∆m 1 - ∆m 2 )c 2 * Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ + Phóng xạ α ( 4 2 He ): 4 4 2 2 A A Z Z X He Y - - +® So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị. + Phóng xạ β - ( 1 0 e - ): 0 1 1 A A Z Z X e Y - + +® So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β - là một hạt nơtrôn biến thành một hạt prôtôn, một hạt electrôn và một hạt nơtrinô: n p e v - + +® Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ β - là hạt electrôn (e - ) - Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của ánh sáng và hầu như không tương tác với vật chất. + Phóng xạ β + ( 1 0 e + ): 0 1 1 A A Z Z X e Y + - +® So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β + là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô: p n e v + + +® Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ β + là hạt pôzitrôn (e + ) + Phóng xạ γ (hạt phôtôn) Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E 1 chuyển xuống mức năng lượng E 2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng 1 2 hc hf E E e l = = = - Lưu ý: Trong phóng xạ γ không có sự biến đổi hạt nhân ⇒ phóng xạ γ thường đi kèm theo phóng xạ α và β. 4. Các hằng số và đơn vị thường sử dụng * Số Avôgađrô: N A = 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: m p = 1,0073u * Khối lượng nơtrôn: m n = 1,0087u * Khối lượng electrôn: m e = 9,1.10 -31 kg = 0,0005u 3 CHƯƠNG X:TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 1.Hạt sơ cấp: *Hạt sơ cấp là hạt nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử và có các đặc trưng chính là khối lượng nghỉ,điện tích,spin,mô men từ riêng,thời gian sống trung bình và các số lượng tử mới.Các hạt sơ cấp được xếp thành từng loại. *Trong quá trình tương tác của các hạt sơ cấp có thể xãy ra hiện tượng hủy cặp hoặc cùng lúc sinh ra một cặp “hạt+phản hạt” *Hạt quac.Các hađrôn đèu cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn gọi là hạt quác.Có 6 loại quác.Kí hiệu u,d,s,c,b,t mang điện tích 3 e ± ; 3 2e ± … 2.Hệ mặt trời *Hệ mặt trời gồm mặt trời(trung tâm của hệ),8 hành tinh lớn (Thủy tinh,Kim tinh,Trái đất,Hỏa tinh,mộc tinh,thổ tinh,thiên tinh,hải tinh)hàng ngàn tiểu hành tinh và các sao chổi *các hành tinh quay quanh mặt trời theo cùng cuiêù thuận và gần như trong cùng một mặt phẳng.Mặt troèi và các hành tinh đều tự quay quanh nó và quay theo chiều thuận( trừ kim tinh). *Mặt trời gồm: +Quang cầu có bán kính khoảng 7.10 5 km,nhiệt độ khoảng 6000K,Trong lòng mặt trời khoảng trên chục triệu độ. +Khí quyển mặt trời chủ yếu là hiđrô,Hê li…gồm 2 lớp là sắc cầu (4500K)và nhật hoa(gần triệu độ). +Công suất bức xạ năng lượng của mặt trời là 3,9.10 26 W *Sự hoạt động của mặt tròi: -Năm mặt trời hoạt động thì trên quang cầu xuất hiện nhiều vết đen,năm mặt trời tĩnh thì trên quang cầu xuất hiện ít vết đen nhất. -Sự hoạt động của mặt trời gây nhiều tác động đến trái đất như làm nhiễu loạn sóng vô tuyến,làm biến thiên từ trường của trái đất gây nên bão từ,làm ảnh hưởng đến thời tiết có ảnh hưởng đến sự sống trên trái đất. *Trái đất: -Lõi của trái đất chủ yếu là sắt,ni ken,…nhiệt độ 3000-4000 0 C,bao quanh là lớp trung gian và ngoài cùng là lớp võ dày khoảng 35km chủ yếu là đá granit. -Trục của trái đất nghiêng 11 0 5 so với trục địa cực bắc nam. -Từ trường trái đát tác dụng lên dòng hạt điện tích phóng ra từ mặt trời và từ vũ trụ làm cho các hạt này tập trung thành 2 vành đai phóng xạ. *Mặt trăng-vệ tinh trái đất. -Mặt trăng quay quanh trục của nó và quay quanh trái đất với cùng chu kỳ 27,32 ngày. -Trên mặt trăng không có khí quyển,nhiệt độ giữa ngày và đêm chênh lệch nhau rất lớn. -Mặt trăng có nhiều ảnh hưởng đến trái đất như hiện tượng thủy triều 3.Các sao-Thiên hà. *Sao: là thiên thể nóng sáng như Mặt trời và ở rất xa chúng ta.Ta thấy các sao sáng khác nhau do khoảng cách và độ sáng thực của các sao. *Có một số sao đặc biệt:Sao biến quang,sao mới,sao pun xa,sao nơtron… *Thiên hà: -là hệ thống gồm hàng trăm tỉ sao. -3 loại thiên hà chính:Thiên hà xoắn ốc,thiên hà elip,thiên hà không định hình. 4.Thuyết vụ nổ lớn *Hai sự kiện thiên văn quan trọng. -Năm 1929,Hớp-bơn đã phát hiện ra rằng các thiên hà rải rác khắp bầu trời,đều lùi ra xa hệ mặt trời của chúng ta.Tốc độ lùi của thiên hà tỉ lệ với khoảng cách giữa thiên hà vơi chúng ta. -Năm 1965,Pen-đi-at và Uyn-xơn phát hiện ra các bức xạ được phát ra từ phía từ vũ trụ nay đã nguội được gọi là bức xạ” nền” vũ trụ. *Hai sự kiện thiên văn trên và một số sự kiện thiên văn khác đã chứng minh rằng vũ trụ được tạo ra bởi một vụ nổ lớn cách đây khoảng 14 tỉ năm,hiện đang dãn nở và loãng dần. 4 . 9,1.10 -31 kg = 0,0005u 3 CHƯƠNG X:TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ 1.Hạt sơ cấp: *Hạt sơ cấp là hạt nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử và có các đặc trưng chính là khối lượng nghỉ,điện tích,spin ,mô men từ riêng,thời gian. Y - - +® So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị. + Phóng xạ β - ( 1 0 e - ): 0 1 1 A A Z Z X e Y - + +® So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến. với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β + là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô: p n