b) Sự phân hạch: là hiện tượng một hạt nhân rất nặng hấp thu một n chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 neutron và tỏa ra năng lượng lớn.. a) Hệ s[r]
(1)Bài Cấu tạo hạt nhân nguyên tử. Độ hụt khối
1 Cấu tạo hạt nhân :
a) Kích thước : d = 10 –16 – 10 –15 m ( Fermi = 10 –15 m )
Hạt nhân hình cầu bán kính,với A số khối : R=1,2 10−15 A
1 3m
b) Cấu tạo : Từ nucléon gồm loại :
Proton :Có khối lượng mp = 1840 me ; điện tích qp = +e
Neutron: không mang điện c) Số khối A :
Nguyên tử số Z : Nguyên tố có số thứ tự Z bảng ploại tuần hồn ngun tố có: Ze mang điện tích -Ze
Zp mang điện tích +Ze
Nn thông thường Nn ≥ Z
Số khối A tổng số A = Z + N
d) Kí hiệu hạt nhân : ZAA Z XA Thí dụ :
H có Ze = Zp = N = A – Z = – =
C 12 có Ze = Zp = N = A – Z = 12 – =
He có Ze = Zp = N = A – Z = – =
2 Lực hạt nhân :
Hạt nhân cấu tạo từ hạt mang điện dương không mang điện liên kết
với bền vững lực hạt nhân
Lực hạt nhân có chất khác & mạnh so với lực điện - từ ; lực hấp dẫn Bán kính tác dụng lực hạt nhân kích thước hạt nhân
3 Đồng vị :
a) Các nguyên tử mà hạt nhân chứa số Zp khác số Nn gọi đồng vị b) Thí du : 1H D [deuteri] T [triti]
6C10 6C11 C12 C13 C14 C15 C16
4 Đơn vị khối lượng nguyên tử :
a) Định nghĩa: khối lượng 1/12 khối lượng đồng vị 6C12 Kí hiệu khối lượng nguyên tử u với u = 1,66055.10 –27 kg.
Một nguyên tử có số khối A khối lượng gần A tính theo đơn vị u b) Cách tính u:
Số Avogadro NA số nguyên tử 12g nguyên tử 12C6 với NA = 6,022.1023/mol
Thí dụ :me = 0,000549 u ; mp = 1,007276 u ; mn = 1,008665u
c ) Hệ thức Einstein lượng & khối lượng : E = mc2 Đơn vị khối lượng : eV/c2 MeV/c2
Ta có
1kg = 0,561.10 30 MeV/c2
1u = 931 MeV/c2
Thí dụ: m e = 9,1095.10 -31 kg = 0,511 MeV/c2 = 0,000549 u;
m p = = = 1,007276 u ;
m n = = = 1,008665 u
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
u=
12 12
NA gam=1 , 66055 10
−24gam
E=mc2
⇒m=E
c2=1
MeV c2 =
1 ,6022 10−13J
(2)+ -
5 Năng lượng liên kết :
a) Độ hụt khối:
Gọi m0 khối lượng Zp Nn chưa liên kết đứng yên:
m0 = Zmp + Nmn
Thực nghiệm chứng tỏ, proton liên kết với neutron thành hạt nhân có khối lượng mhn thì:
m hn < m0
Hiệu m = m0 – m hn gọi độ hụt khối.
Thí dụ: D m0 = m p + m n > m hn
2,016 u = 1,0073 u + 1,0087 u > 2,0139 u b) Năng lượng liên kết(Năng lượng liên kết nucleon hạt nhân)
Vì khối lượng hạt nhân < khối lượng p n chưa liên kết nên lượng nghỉ hạt nhân < lượng nghỉ p n :
m hn < m0 E = mc2 < m0c2 = E0
Vậy:Khi p n liên kết thành hạt nhân có lượng E tỏa ra; E gọi lượng liên kết hạt nhân :
E = E0 – E = m0c2 - mc2
E = (m0 – m)c2
Năng lượng tỏa dạng động hạt nhân tia Hạt nhân có lượng liên kết lớn bền vững. c) Năng lượng liên kết riêng :
Là lượng liên kết tính cho nucleon
Công thức :
W A
Thí dụ: 8O16
W
A = Mev/nucleon
Bài Sự phóng xạ.
1 Sự phóng xạ:
a) Định nghĩa: Phóng xạ tượng hạt nhân tự phóng xạ gọi tia phóng xạ & biến
đổi thành hạt nhân khác
b) Thí dụ :
( e chùm positron )
2 Đặc điểm:
Q trình phóng xạ có ngun nhân bên hạt nhân, hồn tồn khơng phụ thuộc yếu tố bên nhiệt độ, áp suất …
Mắt khơng nhìn thấy tia phóng xạ
Tia phóng xạ có tác dụng : ion hóa mơi trường, gây phản ứng hóa học, bị lệch qua điện trường…
3 Phân loại: Nghiên cứu phóng xạ phát từ urani qua điện trường người ta phân loại tia phóng xạ:
a) Tia :
Tia chùm hạt nhân nguyên tử He gọi hạt alfa Tính chất:
Tia lệch âm có điện tích +2e
Chuyển động với v=107m/s Đâm xuyên yếu, khơng khí 8cm Làm ion hóa mơi trường
b) Tia - :
Tia - chùm electron , kí hiệu -1 e
Tính chất :
Lệch + tụ điện & lệch nhiều tia me nhỏ m
Chuyển động v=3.108m/s, đâm xuyên mạnh, khơng khí vài trăm mét Làm ion hóa mơi trường
Đồng vị C 14 ; 15 P 32 phát tia -
(3)Chất phóng xạ
N
T 2T 3T
N0
t N0/2
N0/4 N0/8 c) Tia + :
Là chùm hạt + e cịn gọi positron, kí hiệu 1 e
Tính chất :
Có khối lượng khối lượng e; điện tích +e Chuyển động v=3.108m/s , khả đâm xun
mạnh, khơng khí hàng trăm mét Làm ion hóa mơi trường
Đồng vị C 11 phát tia β +
d) Tia :
Là sóng điện từ có bước sóng nhỏ 0,01nm, photon có lượng lớn. Tính chất :
Khả đâm xuyên mạnh, xuyên qua lớp chì dày 1dm Tia gây nguy hiểm cho người
Không bị lệch điện trường, từ trường
4 Định luật phóng xạ :
a) Định luật phóng xạ :
Định luật : Mỗi chất phóng xạ đăc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã, sau mỗi chu kì ½ số ngun tử chất biến thành chất khác.
Thí dụ : 92 U 238 T= 4,5 10 năm 90 Th 232
Công thức : Với N0 số nguyên tử ban đầu
Sau thời gian t = T 2T 3T … kT
Số nguyên tử lại N0
N0
22
N0
23
… N0
2k
N (kT )=
N0
2k =N02
−k
=N0e−k Ln2=N0e
−t
T Ln2
Công thức : N0 : số hạt nhân ban đầu
N : số hạt nhân thời điểm t
: Hằng số phóng xạ
Thí dụ :Chu kì bán rã Urani T = 4,5.10 năm; Radi T = 10 –6 s
b) Độ phóng xạ :
Định nghĩa :Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu đo bằng số phân rã 1s.
Công thức :
với độ phóng xạ ban đầu
Đơn vị :Đơn vị độ phóng xạ Becquerel kí hiệu Bq Đơn vị khác độ phóng xạ Curie kí hiệu C i
1 Ci = 3,7 10 10 Bq
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
N=N0.e−λt
m=m0 e−λt
λ=ln T =
0 , 693
T
(4)Bài Phản ứng hạt nhân.
1 Phản ứng hạt nhân: tương tác hai hạt nhân để biến đổi chúng thành hạt nhân khác theo sơ đồ :
A & B hai hạt nhân tương tác C & D hai hạt nhân
Các hạt hạt sơ cấp ,β ,p ,n Thí dụ :
2 Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân :
a) Định luật bảo toàn số khối ( số nucleon ):Tổng số nucleon hạt nhân trước sau phản ứng
A1 + A = A + A
b) Định luật bảo toàn điện tích :Tổng điện tích hạt nhân trước & sau phản ứng
Z + Z = Z + Z
Thí dụ:
c) Định luật bảo tồn lượng & động lượng :Tổng lượng (động lượng) hạt nhân
trước sau phản ứng
Khơng có định luật bảo toàn khối lượng
3 Vận dụng định luật bảo tồn vào phóng xạ Các qui tắc dịch chuyển :
a) Phóng xạ : Thí dụ :
b) Phóng xạ β - : Thí dụ :
Trong phóng xạ cịn có hạt neutrino theo phản ứng n p + e- +
Hạt neutrino kí hiệu , khơng mang điện,có khối lượng khơng
c) Phóng xạ β+ : Thí dụ :
Phóng xạ + là biến đổi proton thành neutron, positron neutrino theo phản ứng
p n + e + +
d) Phóng xạ : phóng xạ kèm với , khơng có biến đổi hạt nhân mà lượng hạt nhân giảm lượng
= hf = E – E
Năng lượng lớn bước sóng nhỏ
4 Phản ứng hạt nhân nhân tạo :
a) Phản ứng hạt nhân nhân tạo Rutherford thực năm 1919 Ông dùng hạt bắn phá nitơ phát hạt proton:
b) Năm 1934 Frédéric & Irène Joliot – Curie dùng hạt (từ poloni) bắn phá nhôm thu neutron :
Z 1 A 1A +
Z2 A 2B→
Z 3 A 3C+
Z 4 A 4D
7 14N +
2 4He→ 17O+ 1H 1H +
4
9 Be→
4 He + Li
Z A X →
2 4He+
Z −2 A−4Y
88
226Ra→α + 86 222Rn
83 210Bi →
−10e +21084Po
Z A X →
−10e+Z+1AY
Z A
X →10e+Z−1AY 1530P→10e+1430Si
Z A ∗¿X →
Z
A X + γ
¿
7
14N +He→ 17O+
(5)MeV 200 n k X X U n U 2 A Z 1 A Z 236 92 235
92
[ P30 khơng bền & có phóng xạ + ]
c) Số đồng vị phóng xạ tự nhiên 325 Dùng máy gia tốc người ta tạo 1500 đồng vị phóng xạ nhân tạo
5 Máy gia tốc: Do Lorentz chế tạo năm 1932.
a) Máy gia tốc thiết bị làm tăng tốc hạt proton, , ion để bắn phá hạt nhân
b) Máy gia tốc xiclotron: Dùng lực Lorentz làm hạt mang điện chuyển động trịn với bán kính quĩ đạo :
6 Ứng dụng đồng vị phóng xạ:
a) Tia gamma 27 Co 60 : Tìm khuyết tật chi tiết máy Diệt khuẩn để bảo quản nông sản Trị
bệnh ung thư… b) Tia β -
15 P 32 để đánh dấu phân bón hấp thụ (Phương pháp nguyên tử đánh
dấu)
c) Khảo cổ học: Dùng C14 để xác định tuổi cổ vật
Bài Năng lượng phản ứng hạt nhân.
1 Phản ứng hạt nhân:
Giả sử có phản ứng hạt nhân A + B C + D
Gọi m0 = mA + m B tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng
Gọi m = mC + m D tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng
2 Phản ứng tỏa lượng :
Nếu mA + m B > mC + m D : Phản ứng tỏa lượng.
Năng lượng tỏa : E = (m0 – m)c2 = mc2 > 0 Phóng xạ tự nhiên tự xảy nên thuộc loại tỏa lượng
3 Phản ứng thu lượng :
Nếu mA + m B < mC + m D : Phản ứng thu lượng.
Năng lượng cần thu vào : E = E + Eđ
Với E lượng để thắng lực liên kết ;Eđ động hạt C D
4 Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch:Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa lượng :
Phản ứng phân hạch:là phản ứng hạt nhân nặng (urani; plutoni …) hấp thu một
neutron bị vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình.
Phản ứng nhiệt hạch: phản ứng hai hạt nhân nhẹ (hidro; héli…) kết hợp thành hạt
nhân nặng hơn.
Bài Phản ứng phân hạch – Nhà máy điện nguyên tử
1 Sự phân hạch :
a) Neutron chậm: n có Eđ nhỏ vào cở động chuyển động nhiệt 0,01 eV
b) Sự phân hạch: tượng hạt nhân nặng hấp thu n chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng từ đến neutron tỏa lượng lớn Thí dụ: Phân hạch urani 235
k số neutron phát sinh ;s số neutron làm chậm
Thí dụ: 92
235U +n→ 58
140Ce+
41
93Nb+3 n+7e+182 ,6 MeV
92
235U +n→ 42
95Mo+
57
139La+2 n
2 Phản ứng dây chuyền:
Trường THPT Võ Minh Đức, Bình Dương.
15 30P→ 14 30Si+ 0e F=qvB=mv
(6)a) Hệ số nhân neutron: Các neutron phát sinh phân hạch thường có động lớn thường bị nguyên tử hấp thu Nếu có s neutron làm chậm (bằng nước nặng,graphic) lại gây ra phân hạch khác tạo thành phản ứng dây chuyền, s gọi hệ số nhân neutron.
b) Nếu:
s > vượt hạn: Khơng kiểm sốt phản ứng: Bom nguyên tử.
s = tới hạn : Kiểm soát được: Nhà máy điện nguyên tử, tàu ngầm, tàu phá băng, tàu
sân bay …
s < hạn: Không xảy phản ứng dây chuyền.
c) Khối lượng tới hạn:
Muốn s ≥1 khối lượng urani phải đạt giá trị mh gọi khối lượng tới hạn.
Quả bom nguyên tử Littleboy ( Mĩ thả xuống Hiroshima ) gồm hai phần chứa U 235 với m h ≈ 50kg
3 Nhà máy điện nguyên tử:
a) Cấu tạo:
Thanh điều chỉnh Bohr cadimi
b) Năng lượng: Phản ứng phân hạch động hạt nhân X1 ; X2 n Khi va chạm với
nguyên tử, phân tử chất tải nhiệt; động chuyển thành nội chất tải nhiệt chuyển thành nội nước làm cho nước hóa quay turbin
Bài Phản ứng nhiệt hạch.
1 Định nghĩa : Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng Thí dụ:
D + D → He3 + n + 3,25 MeV
D + T → He4 + n + 17,6 MeV
Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng
2 Điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch:
Phản ứng kết hợp xảy nhiệt độ cao (vài trăm triệu độ ) để thắng lực Coulomb
Phản ứng nhiệt hạch xảy tự nhiên: Nguồn gốc lượng mặt trời phản ứng nhiệt hạch
Thí dụ: Phản ứng chu trình carbon – nitơ : H → He4 + e+ + 26,8 MeV
Con người thực phản ứng nhiệt hạch cho nổ bom khinh khí ( bom H : chứa hỗn hợp D T mồi bom nguyên tử để tạo nhiệt độ trăm triệu độ )
Các nhà khoa học tìm cách kiểm sốt, điều khiển phản ứng nhiệt hạch tốt để cung cấp cho người nguồn lượng vô tận nhiều so với lượng nguyên tử
(7)1 Trình bày cấu tạo hạt nhân lực hạt nhân Đơn vị khối lượng ngun tử gì? Cách tính Hệ thức Einstein lượng khối lượng
4 Sự phóng xạ gì? Đặc điểm, phân loại, chất tia Định luật phóng xạ Lập cơng thức định luật phóng xạ Độ phóng xạ gì? Cơng thức
7 Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Qui tắc dịch chuyển Cho thí dụ Cho thí dụ phản ứng hạt nhân nhân tạo
9 Ứng dụng đồng vị phóng xạ 10 Độ hụt khối, lượng liên kết
11 Thế phản ứng hạt nhân tỏa lượng Thí dụ 12 Thế phản ứng hạt nhân thu lượng Thí dụ 13 Thế phản ứng phân hạch Thí dụ
14 Thế phản ứng phân hạch Thí dụ