1 2 3 4 A A A A Z A Z B Z C Z D Trường hợp phĩng xạ: 1 3 4 1 3 4 A A A
Z A Z C Z D A là hạt nhân mẹ, C là hạt nhân con, D là hạt hoặc
+ Các định luật bảo tồn
- Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 - Bảo tồn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
- Bảo tồn động lượng: p1 p2 p3 p hay4 m1 1v m2v2 m4 3v m4v4
- Bảo tồn năng lượng:
1 2 3 4
X X X X
K K E K K ;
Trong đĩ: E là năng lượng phản ứng hạt nhân; 1 2
2
X x x
K m v là động năng chuyển động của hạt X
Lưu ý:- Khơng cĩ định luật bảo tồn khối lượng.
- Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là: p2X 2m KX X
- Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành Ví dụ: p p1 p2 biết p p1, 2 =>p2 p12 p22 2p p cos1 2
hay (mv)2 (m v1 1)2 (m v2 2)2 2m m v v cos1 2 1 2
hay mK m K1 1 m K2 2 2 m m K K cos1 2 1 2
Tương tự khi biết φ1 p p1, hoặc φ2 p p2, Trường hợp đặc biệt:p1 p2 2 2 2
1 2
p p p
Tương tự khi p1 p hoặc p2 p
v = 0 (p = 0) p1 = p2 1 1 2 2
2 2 1 1
K v m A
K v m A
Tương tự v1 = 0 hoặc v2 = 0.
2. Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (M0 - M)c2
Trong đĩ: M0 mA mBlà tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng. E0 = m0c2 3 4
X X
M m m là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng. E = mc2
Lưu ý: - Nếu M0> M thì phản ứng toả năng lượng |E| =|E0-E|dưới dạng động năng của các hạt C, D hoặc phơtơn . Các hạt sinh ra cĩ độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn.
- Nếu M0< M thì phản ứng thu năng lượng E =|E0-E|dưới dạng động năng của các hạt A, B hoặc phơtơn . Các hạt sinh ra cĩ độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững.
+ Trong phản ứng hạt nhân 1 2 3 4
1 2 3 4
A
A A A
Z A Z B Z C Z D Các hạt nhân A, B, C, D cĩ: -Năng lượng liên kết riêng tương ứng là 1, 2, 3, 4.
-Năng lượng liên kết tương ứng là E1, E2, E3, E4 -Độ hụt khối tương ứng là m1, m2, m3, m4
-Năng lượng của phản ứng hạt nhân: E = A33 +A44 - A11 - A22 E = E3 + E4 – E1 – E2
E = (m3 + m4 - m1 - m2)c2
3. Quy tắc dịch chuyển của sự phĩng xạ
+Phĩng xạ (24He): ZAX 24He ZA 42Y: So với A
ZX , hạt nhân con 4 2
A
ZY lùi 2 ơ (BảngTH) và số khối giảm 4
+Phĩng xạ -
( 01e): ZAX 10e Z A1Y: So với A
ZX , hạt nhân con A1
ZY tiến 1 ơ (BảngTH) và cĩ cùng số khối. Thực chất của phĩng xạ -
là một hạt nơtrơn biến thành một hạt prơtơn, một hạt electrơn và một hạt nơtrinơ:
n p e v
Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phĩng xạ -
là hạt electrơn (e-) p 1 p 2 p φ
- Hạt nơtrinơ (v) khơng mang điện, khơng khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của ánh sáng và hầu như khơng tương tác với vật chất.
+Phĩng xạ +
( 01e): ZAX 10e ZA1Y:So với A
ZX , hạt nhân con A1
ZY lùi 1 ơ (BảngTH) và cĩ cùng số khối. Thực chất của phĩng xạ +
là một hạt prơtơn biến thành một hạt nơtrơn, một hạt pơzitrơn và một hạt nơtrinơ:
p n e v
Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phĩng xạ +
là hạt pơzitrơn (e+)
+ Phĩng xạ (hạt phơtơn): Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích cĩ mức năng lượng E1 chuyển xuống mức năng lượng E2 đồng thời phĩng ra một phơtơn cĩ năng lượng: hc 1 2
hf E E
Lưu ý: Trong phĩng xạ khơng cĩ sự biến đổi hạt nhân phĩng xạ thường đi kèm theo phĩng xạ và .
4. Ứng dụng các định luật bảo tồn để giải một bài tốn vật lý hạt nhân.
Xét phản ứng: 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4 A A A A Z X Z X Z X Z X E Gọi: * 1; 2; 3; 4 X X X X
K K K K : Là động năng của các hạt nhân X1 ; X2 ; X3 ;X4
Với 1 2
; : ( )
2
X x x
K m v don vi J Nếu hạt nhân đứng yên thì K = 0
Trong đĩ: m: là khối lượng từng hạt nhân. Đơn vị kg , u v: là vận tốc từng hạt nhân. Đơn vị: m/s
*p1; p2; p3; p4 : Là động lượng của các hạt nhân X1 ; X2 ;X3 ; X4VớipX = mX.vX đơn vị: kg.m/s
- Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là:
2 2
2 ( . ) 2 . 2
X X X X X X X X X X X
p m K m v m K m v m K
a.Các định luật bảo tồn:
+ Bảo tồn động lượng: p1 p2 p3 p hay4 m1 1v m2v2 m4 3v m4v4
+ Bảo tồn năng lượng:
1 2 3 4
X X X X
K K E K K (1)
Trong đĩ: E là năng lượng phản ứng hạt nhân .
- Nếu phản ứng tỏa năng lượng thì ở phương trình (1) lấy +ΔE - Nếu phản ứng thu năng lượng thì ở phương trình (1)lấy –ΔE
Lưu ý: - Khơng cĩ định luật bảo tồn khối lượng.
b. Dạng bài tập tính gĩc giữa các hạt tạo thành.
Cho hạt X1 bắn phá hạt X2(đứng yên p2 = 0) sinh ra hạt X3 và X4 theo phương trình:X1 + X2 = X3 + X4
Theo định luật bảo tồn động lượng ta cĩ: p1 p3 p4 (1)
Muốn tính gĩc giữa hai hạt nào thì ta quy về vectơ động lượng của hạt đĩ rồi áp dụng cơng thức:
2 2 2
(a b) a 2abcos( ; )a b b
1.Muốn tính gĩc giữa hạt X3 và X4 ta bình phương hai vế (1)
=>(p1)2 (p3 p4 )2 =>p12 2 2 3 2 3 4cos( 3; 4 ) 4 p p p p p p 2.Muốn tính gĩc giữa hạt X1 và X3 : Từ ( 1 ) =>p1 p3 p4 (p1 p3)2 (p4)2 2 2 1 2 1 3cos( 1; 3 ) 3 p p p p p p 2 4 p 5. Các hằng số và đơn vị thường sử dụng
+ Số Avơgađrơ: NA = 6,022.1023 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 = 1,66055.10-27kg = 931,5 MeV/c2
+ Điện tích nguyên tố: e = 1,6.10-19 C; + Khối lượng prơtơn: mp = 1,0073u
Dạng 1: Xác định hạt nhân X chưa biết và số hạt (tia phĩng xạ) trong phản ứng hạt nhân. a.Phương pháp: a.Phương pháp:
i) Xác định tên hạt nhân chưa biết ( A
ZX cịn thiếu) : - Áp dụng định luật bảo tồn số khối và điện tích .
Chú ý : nên học thuộc một vài chất cĩ số điện tích Z thường gặp trong phản ứng hạt nhân (khơng cần quan tâm đến số
khối vì nguyên tố loại nào chỉ phụ thuộc vào Z : số thứ tự trong bảng HTTH