1. Trang chủ
  2. » Hoá học lớp 10

Bài giảng Vật lý 2: Chương 8a - Lê Quang Nguyên

7 11 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

• Khối lượng một hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo nên nó.. • Độ chênh lệch khối lượng đó được gọi là độ hụta[r]

(1)

Vật lý hạt nhân

Lê Quang Nguyên

www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen nguyenquangle59@yahoo.com

Nội dung

1 Mở đầu

2 Tính chất hạt nhân Hiện tượng phóng xạ

4 Phản ứng hạt nhân Năng lượng hạt nhân

1 Mở đầu –

• 1896 – Becquerel khám phá tượng phóng xạ hợp chất Uranium

• Rutherford chứng tỏ tia phóng xạ gồm ba loại: tia alpha, beta gamma

• 1911 – Rutherford, Geiger and Marsden thực tán xạ hạt alpha ngun tử, từ thiết lập mơ hình nguyên tử gồm hạt nhân + electron

• 1919 – Rutherford phát phản ứng hạt nhân: hạt nhân oxygen + alpha hạt nhân nitrogen

1 Mở đầu –

• 1932 – Chadwick phát hạt neutron Ivanenko đưa mơ hình hạt nhân gồm proton neutron

• 1933 – Fredéric Joliot Irène Curie khám phá tượng phóng xạ nhân tạo

• 1935 – Yukawa: lực hạt nhân thực thơng qua trao đổi hạt π-meson

• 1938 – Hahn Strassman khám phá phân hạch hạt nhân

(2)

1 Mở đầu –

H Becquerel E Rutherford J Chadwick

O Hahn E Fermi H Yukawa D Ivanenko Frederic & Irene

2 Tính chất hạt nhân

a Cấu trúc b Kích thước

c Momen spin momen động d Momen từ hạt nhân

e Lực hạt nhân

f Năng lượng liên kết

2a Cấu trúc hạt nhân

• Hạt nhân cấu tạo từ nucleon (proton, neutron)

• Ký hiệu:

• Ví dụ: Z

A X

X: ký hiệu hóa học

Z: số proton (bậc số nguyên tử) A = Z + N: số khối

13

27

Al Al: nhôm Z = 13 A = 27

2a Cấu trúc hạt nhân (tt)

• Khối lượng nucleon:

Hạt Khối lượng

kg u MeV/c2

Proton 1,6726 × 10-27 1,007825 938,79 Neutron 1,6750 × 10-27 1,008665 939,57 Electron 9,101 × 10-31 5,486 × 10-4 0,511 1u = 1,660559 × 10-27 kg = 931,5 MeV/c2

(3)

2b Kích thước hạt nhân

• Năm 1911, Rutherford dùng hạt α bắn phá hạt nhân, qua ước lượng bán kính hạt nhân:

• Vậy:

– thể tích hạt nhân tỷ lệ với số khối A

– hạt nhân có khối lượng riêng gần

1

RR A

15

0 1,2 10 1,2

R ≈ × − m= fm 10

-10 m

10-15 m

2c Momen spin momen động

• Giống electron, nucleon cú spin bng ẵ

ã Momen ng ca mt nucleon tổng momen động quỹ đạo momen động spin • Momen động hạt nhân tổng momen

động nucleon Nó có độ lớn:

j = 1, 2, 3, A chẵn, • j = 1/2, 3/2, 5/2, A lẻ

( 1) J=ℏ j j+

2d Momen từ hạt nhân

• Momen từ hạt nhân tổng momen từ nucleon

• Cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance – NMR):

– Trong từ trường momen từ hạt nhân hướng chiều hay ngược chiều với B

– Kích thích từ trường xoay chiều có tần số radio

– Khi cộng hưởng, photon bị hấp thụ mạnh để đảo chiều momen từ

– Ứng dụng: chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging – MRI)

2d Momen từ hạt nhân (tt)

Sơ đồ máy MRI Ảnh MRI vùng

(4)

2e Lực hạt nhân –

• Các nucleon hút lực hạt nhân để giữ cho hạt nhân bền vững

• Lực hạt nhân có tính chất – phạm vi tác dụng ngắn ~

10−15 m,

– phụ thuộc định hướng spin, – lực xuyên tâm, – lực trao đổi: nucleon

tương tác cách trao đổi π-meson (Yukawa)

H Yukawa

2e Lực hạt nhân –

• Hai người trượt tuyết ln “liên kết” với để ném banh qua lại

• Các nucleon “liên kết” cách trao đổi ba hạt π-meson:

π+ có điện tích +e, π− có điện tích –e, π0 trung hịa

p n

n p π+

p↔ +n π+ n↔ +p π−

n↔ +n π p↔ +p π0

2e Lực hạt nhân –

• Trong thời gian ngắn Δt, nucleon có độ bất định ΔE

• đủ lớn để tạo hạt π -meson có khối lượng cho bởi: • Trong thời gian Δt, hạt truyền qua tầm tác dụng lực hạt nhân r:

• Vậy π-meson có khối lượng: • Với r ~ 1,5 ì 10-15m ta cú:

ã Thc nghiệm xác nhận khối lượng π-meson

E t

∆ ∆ >ɶ ℏ

2

E m cπ

∆ =

c t∆ =r mπ >ɶ ℏ rc

28

2,33 10 mπ >ɶ × − kg

2f Năng lượng liên kết –

• Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nucleon tạo nên • Độ chênh lệch khối lượng gọi độ hụt

khối hạt nhân

• Năng lượng cần để tạo nên hạt nhân năng lượng liên kếtcủa hạt nhân

• Chính độ hụt khối tạo nên lượng liên kết hạt nhân:

( )

p n

M Zm A Z m M

∆ = + − −

2

lk

(5)

2f Năng lượng liên kết –

Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính nucleon

• Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền

lk

W A ε =

2f Năng lượng liên kết –

Các hạt nhân bền có A ≈ 60 Hầu hết hạt nhân có ε ≈ – 8,6 MeV

Câu hỏi áp dụng 2.1

Tìm lượng liên kết riêng hạt nhân , biết khối lượng 92,9063768u

93 41Nb

Trả lời câu hỏi 2.1

• Độ hụt khối hạt nhân:

• Năng lượng liên kết riêng:

( )

41 p 93 41 n Nb

M m m m

∆ = + − −

( ) ( )

41 1,007825 52 1,008665 92,9063768

M

∆ = + −

0,865028

M u

∆ =

2

M c A

ε = ∆ ⋅

( )

0,865028 931,5

8,66 93

MeV

MeV

ε = × =

(6)

3 Hiện tượng phóng xạ

a Hiện tượng b Cơ chế phóng xạ c Định luật phóng xạ d Các họ phóng xạ e Phóng xạ nhân tạo

3a Hiện tượng

• Hiện tượng phóng xạ phân rã tự nhiên hạt nhân khơng bền, phát ra:

• Tia alpha: hạt nhân

• Tia beta: electron hay positron (phản hạt electron)

• Tia gamma: photon lượng cao

4 2He

Chỉ xuyên qua tờ giấy

Có thể xun qua nhơm dày vài mm

Có thể xuyên qua chì dày vài cm

3a Hiện tượng (tt)

• Phóng xạ tn theo định luật bảo tồn: lượng, động lượng, momen động lượng, điện tích số khối

• Ví dụ:

– Phóng xạ α

– Phóng xạ β

– Phóng xạ γ

238 234

9 90

4

2U→ Th+ He

( )

234 234

1 90Th→ 91Pa *+− e

( 91 )

234 234

1

Pa *→ Pa+hf

A giảm Z giảm

A không đổi Z tăng

Trạng thái kích thích

3b Cơ chế phóng xạ

• Phóng xạ α: hạt α chui ngầm khỏi rào hạt nhân

• Phóng xạ β+ hay β–: biến đổi

qua lại proton neutron

• Phóng xạ γ: hạt nhân chuyển từ trạng thái lượng cao trạng thái có lượng thấp

1 1 0 e p→ + +n e ν

1 0 1 e np+ − e

neutrino: nhẹ, trung hịa, spin ½ phản neutrino

(7)

Câu hỏi áp dụng 3.1

Một hạt nhân Ra226 đứng yên phân rã α

Phát biểu sau đúng?

(a) Hạt α có động lớn hạt nhân (b) Hạt nhân có động lớn hạt α (c) Hạt nhân có động hạt α

Trả lời câu hỏi 3.1

• Theo định luật bảo toàn động lượng, hạt nhân hạt α có động lượng ngược chiều

ã ng nng = ẵ (ng lng)2/(khi lng)

• Hạt α nhẹ nên có động lớn • Câu trả lời (a)

Câu hỏi áp dụng 3.2

Coi khối lượng hạt nhân có số khối A A

(u)

Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng xạ hạt α với

động 4,78 (MeV) Năng lượng toàn phần tỏa từ phản ứng là:

(a) 0,487 (MeV) (b) 4,87 (MeV)

(c) 48,7 (MeV) (d) 478 (MeV)

Trả lời câu hỏi 3.2

• Năng lượng tồn phần tỏa gồm động hạt α hạt nhân con:

2 2

1

2 X X

m

p p p

Q

m m m m

α

α α

 

= + =  + 

 

1

X

m

Q K

m

α α

 

=  + 

 

( )

4

1 4,87

4

Q K MeV

A

α

 

=  + = −

 

Ngày đăng: 08/03/2021, 17:25

Xem thêm: