III. Câu hỏi và bài tập: Chủ đề 1: Thuyết tơng đối hẹp.
4) Phản ứng hạt nhân:
a) Phản ứng hạt nhân là tơng tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.
+ Phơng trình tổng quát: A + C → C + D. trong đó A, B là các hạt tơng tác, còn B, C là hạt sản phẩm (tạo thành). Một trong các hạt trên có thể là α (4He
2 ), 0e 1 − , 0e 1 + , 1n 0 , 1p 1 (hay 1H 1 ). + Phóng xạ là loại phản ứng hạt nhân đặc biệt của phơng trình phản ứng: A→ B + C. + Phản ứng hạt nhân nhân tạo tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo.
b) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
+ Định luật bảo toàn nuclon (số khối A): Tơng tác 2 hạt nhân là tơng tác giữa các nuclon, prôton có thể biến đổi thành nơtron và ngợc lại; tổng số prôton và nơtron là nuclon không đổi.
A1 + A2 = A3 + A4.
+ Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Tơng tác 2 hạt nhân là tơng tác hệ kín (cô lập) về điện, nên điện tích bảo toàn (tổng điện tích trớc và sau phản ứng bằng nhau)..
Z1 + Z2 = Z3 + Z4.
+ Định luật bảo toàn động lợng: Tơng tác 2 hạt nhân là tơng tác hệ kín (cô lập) nên động lợng bảo toàn (động lợng trớc và sau phản ứng bằng nhau)..
DC C B
A p p p
p + = + hay mAvA+mBvB =mCvC +mDvD
+ Định luật bảo toàn năng lợng toàn phần (Gồm năng lợng nghỉ và các năng lợng thông th- ờng khác nh động năng, nhiệt năng . . .): trong phản ứng hạt nhân, năng lợng toàn phần không đổi (năng lợng trớc và sau phản ứng bằng nhau). M0c2 + E1 = Mc2 + E2.
Với M0 = mA + mB; M = mC + mD; E1 là động năng của các hạt trớc phản ứng, E2 là động năng của các hạt sau phản ứng và các năng lợng khác.
+ Trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lợng: khối lợng các hạt trớc và sau phản ứng không bao giờ bằng nhau, vì độ hụt khối của các hạt nhân không giống nhau.
c) Quy tắc dịch chuyển phóng xạ: + Phóng xạ ra α: X He A 4Y 2 Z 4 2 A Z − − +
→ → hạt nhân tạo thành lùi 2 ô và số khối giảm 4 đơn vị. + Phóng xạ ra bêta trừ β- : X→− e+ A+Y+ν 1 Z 0 1 A
Z → hạt nhân tạo thành tiến 1 ô, số khối không đổi. + Phóng xạ ra bêta cộng β+ : X→+ e+ A−Y+ν 1 Z 0 1 A
Z → hạt nhân tạo thành lùi 1 ô, số khối không đổi.
d) Trong phản ứng hạt nhân, tổng khối lợng M0 (M0 = mA + mB) của các hạt nhân tham gia phản ứng khác tổng khối lợng M (M = mC + mD) của các hạt tạo thành. Nếu M < M0 (hay độ hụt khối các hạt tạo thành lớn hơn độ hụt khối các hạt nhân tham gia phản ứng) thì phản ứng toả năng lợng và ngợc lại: M0 < M thì phản ứng hạt nhân thu năng lợng. Năng lợng của phản ứng hạt nhân là: ∆E = ∆M.c2.
e) Có hai loại phản ứng hạt nhân toả ra năng lợng, năng lợng đó gọi là năng lợng hạt nhân. + Một hạt nhân rất nặng khi hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thành hai hạt trung bình, cùng với N nơtron là sự phân hạch. U n U X Y N1n 200MeV
0 A Z A Z 236 92 1 0 235 92 / / + + + → → + . N từ 2 đến 3; A và A’ từ 80 dến 160.
+Nếu sự phân hạch liên tiếp xảy ra gọi là phản ứng dây chuyền, khi đó toả ra năng lợng rất lớn.
k = 1 gọi là tới hạn: phản ứng kiểm soát đợc. k > 1: vợt hạn phản ứng không kiểm soát đợc. Vì vậy khối lợng U235 phải đạt giá trị nhỏ nhất gọi là khối lợng tới hạn: mth. (nguyên chất là 1kg)
+ Hai hạt nhân rất nhẹ, có thể kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con ngời mới chỉ thực hiện đ- ợc phản ứng này dới dạng không kiểm soát đợc (bom H).
Thí dụ : H H He 1n 0 3 2 2 1 2 1 + → + +3,25MeV. H H He 1n 0 4 2 3 1 2 1 + → + +17,6MeV.
So với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lợng lớn hơn nhiều khi có cùng khối lợng nhiên liệu.
II. bài tập cơ bản:Bài 1. Khối lợng nguyên tử của rađi Ra226 là m = 226,0254 u .