Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Chơng Vật lý hạt nhân Tự đọc Cấu tạo v Các tính chất hạt nhân nguyên tử: Khối lợng, nuclon # Kích thớc hạt nhân: R=r0.A1/3m r0=(1,2-1,5) 10-15m gọi l bán kính điện # Spin hạt nhân: r | J i |= j( j + 1) h # Lùc hạt nhân, lợng liên kết # Phóng xạ: Hiện tợng, định luật, đo lờng, an ton phóng xạ, phóng xạ nhân tạo # Tơng tác hạt nhân ã Các tính chất hạt nhân nguyên tử Proton (p) mp=1,007825u, ep=1,6.10-19C Nơtron (n) mn=1,008665u, Không có điện tích Sè khèi A=N+Z Z -Sè p, N- Sè n -> Số nuclon u=1,66.10-17kg He4 Ký hiệu zXA Hạt nhân đồng vị: Cùng Z khác N Đồng vị hydro p p H1 n H2 p n n H3 Đồng khối: Cùng A khác Z 60 cặp S36 Ar36 Sb123 Te123 16 18 51 52 Hạt nhân gơng: Số p hạt ny số n h¹t p p n n H3 n p He3 ã Kích thớc hạt nhân Khảo sát tán xạ nơtron 20-50eV: R~10-14m Pb, U; R~6.10-15m Fe Bằng phản ứng hạt nhân với hạt tích điện:(lực đẩy culông) R=1,4.10-15.A1/3m So sánh liên kết hạt nhân gơng: lợng proton cao nơtron v lực đẩy culông Ze R=1,3.10-15.A1/3m R Kết tổng hợp: R=r0.A1/3m r0=(1,2-1,5) 10-15m gọi l bán kính điện m p A Khối lợng riªng cđa 17 ρ= = 10 kg / m hạt nhân: R / Spin hạt nhân: C¸c nuclon cã momen spin vμ orbital r r r r r Cña nuclon thø i J i = L i + Si Của hạt nhân:J = J i r | J i |= i A ch½n j=0,1, 2, j( j + 1) h A lỴ j=1/2, 3/2, 5/2 số LT spin HN ã Mômen từ hạt nhân mômen từ nuclon tạo thnh z N z r rP rP r n nơtron không cã μ = ∑ μ Li + ∑ μ Si + Si điện tích nên không i i i có mômen từ orbital Magneton hạt nhân-đơn vị mômen từ hạt nhân eh 27 = = 5,05.10 J / T 2m P Mômen từ hạt nhân = 1000-1 mômen từ điện tử Cộng hởng từ hạt nhân ứng dụng khám bệnh Lực hạt nhân: nuclon nuclon ã Tác dụng gần 10-15m ãKhông phụ thuộc vo điện tích ãT/C bÃo ho: với nuclon cạnh ãLực trao đổi mezon có khối lợng 200-300 me, Có loại: + ãPhụ thuộc vo định hớng spin hạt nhân ã Khối lợng, lợng liên kết hạt nhân Đơn vị khối lợng u=mC12 /12 = 1,66.10-27kg uc2=931,44MeV Độ hụt khối: M=Zmp+(A-Z)mn-M Năng lợng liên kết WLK= M.C2 Năng lợng liên kết riêng = WLK/A MeV He 40 120 140 • 1H2 -> 1H3 -> 2He4: 1,1 ->2,8->7MeV •120->240: 8MeV->7MeV A •40 -> 140: 8MeV-8,6MeV ã Phóng xạ: + - Không bền v÷ng -> BỊn v÷ng −2 M A − ( M A−2 + M ) = ΔM > Z Z W= M.C2 thnh động năngcủa sản phẩm phân rà Định luật phân rà -dN=Ndt Thời điểm t số hạt nhân N Thời điểm t+dt số hạt nhân N-dN -dN/N= λdt N N0/2 T1/2 N=N0e- λt =>N0/2= N0e- T1/2 T1/2=ln2/ t H=N độ phóng xạ = số phân rà 1s ã Quy tắc dịch chuyển, họ phóng xạ tự nhiên XA -> Z-2YA-4 + 2He4 XA -> Z+1YA + eZ Z Sơ đồ phân rà Am A=4n+1 Np (2,3.10 năm) họ phóng xạ tự nhiªn Ra (15 ngμy) 241 237 225 α β Bi209 (1,6.103năm) Pb209 A=4n+2 Ra224 A=4n Ra226 Pb206 Pb208 U238 Th232(1,4.1010năm) (4,5.109năm) Pb207 Pb(82) Ra(88) Ra223 (11 ngy) U(92) U235(7,1.108năm) Ac A=4n+3 ãCân phóng xạ: Sau t thời gian T1>> t>>T2 tốc độ phân rà hạt nhân tốc độ phân rà hạt nhân mẹ Độ phóng xạ nguồn gồm chuỗi hạt nhân X1-> X2-> X3=> H=1N1+ 2N2 + 3N3 Cân phóng xạ bền cho chuỗi nối tiÕp λ1N1= λ2N2 = λ3N3= = λnNn • Phãng xạ nhân tạo: Bắn phá n: 11Na23 > 11Na24 = 12Mg24 + Bắn phá : 5B10 > 7N13 = 6C13+ e+ Bắn phá n : 27Co59 -> 27Co60 KÝch thÝch Co60 KÝch thÝch -> 27Co60 bản+ 27 ãPhân rà v hạt n¬trino p > n + e+ + νe n > p + e+ + ν-e spin 1/2 1/2 ± 1/2 ± 1/2 spin 1/2 1/2 ± 1/2 ± 1/2 ã Đơn vị đo phóng xạ ãC/kg: Tạo 1C điện tích 1kg không khí ãRơnghen (R): 1R=2,57976.10-4C/kg ãC/kgs: Bức xạ có liều lợng 1C/kg 1s ãR/s ãGray Gy=J/kg: 1J hấp thụ 1kg vật bị rọi ãRad: rd = 10-2J/kg •Møc cho phÐp < 0.017R/ngμy lμm viƯc trùc tiÕp, < 0.0017R/ngμy lμm viÖc khu vùc phãng xạ v < 0.00017R/ngy cho c dân ã Mức phóng x¹ cho phÐp H(Sv-Sievert) =D(Gy- Gray)*Q Gy=1J/kg Q - HƯ số phẩm chất Tia X, hạt Nơtron 10KeV 10 Proton 10 Hạt 20 Hệ sè phÈm chÊt cμng cao cμng nguy hiĨm ! •Møc phóng xạ cho phép mSv/năm Lm việc trực tiếp: Ton thân, Bộ phận SD,mắt 50 Da ton thân 300 Tay, ch©n 750 D©n c−: Toμn th©n Bé phËn sinh dục 1,7 Tuyệt đối không để tia phóng xạ (tia X, α, β+, β-, γ ) chiÕu trùc tiÕp lªn thể Tuân thủ đúng, đầy đủ hớng dẫn vận hnh máy có phóng xạ ...Chơng Vật lý hạt nhân Tự đọc Cấu tạo v Các tính chất hạt nhân nguyên tử: Khối lợng, nuclon # Kích thớc hạt nhân: R=r0.A1/3m r0=(1,2-1,5) 10-15m gọi l bán kính điện # Spin hạt nhân: r |... thớc hạt nhân Khảo sát tán xạ nơtron 20-50eV: R~10-14m ®èi víi Pb, U; R~6.10-15m ®èi víi Fe B»ng phản ứng hạt nhân với hạt tích điện:(lực đẩy culông) R=1,4.10-15.A1/3m So sánh liên kết hạt nhân... | J i |= j( j + 1) h # Lực hạt nhân, lợng liên kết # Phóng xạ: Hiện tợng, định luật, đo lờng, an ton phóng xạ, phóng xạ nhân tạo # Tơng tác hạt nhân ã Các tính chất hạt nhân nguyên tử Proton