CHƯƠNG 3 : QUANG SÓNG – QUANG LƯỢNG TỬ
b. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm
4.4. Cấu tạo và tính chất của hạt nhân
4.4.1. Cấu tạo hạt nhân
Theo giả thuyết của Ivanenkô – Haidenbec đưa ra năm 1932 thì hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi hai loại hạt sau:
+ Hạt prôtôn (ký hiệu là p): Hạt mang điện tích dương, về trị số tuyệt đối bằng điện tích của electron: 1,6. 10-19
C và có khối lượng bằng khối lượng hạt nhân hiđrơ.
+ Hạt nơtrơn (ký hiệu là n): Hạt trung hịa điện có khối lượng lớn hơn một ít so với khối lượng prơtơn.
Hai loại hạt prơtơn và nơtrơn có tên chung là nuclơn. Thực nghiệm đã xác nhận giả thuyết của Ivanenkô – Haidenbec là đúng. Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn Menđêlêep, z gọi là điện tích hạt nhân ( tính ra đơn vị điện tích nguyên tố ). Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối lượng ( ký hiệu là A ). Do đó số nơtrơn trong hạt nhân sẽ là
N = A – Z.
Người ta thường ký hiệu hạt nhân của một nguyên tử là A
Z X ( với x là tên nguyên tố tương ứng ).
Những hạt nhân có cùng số Z nhưng số N khác nhau ( nghĩa là cùng điện tích nhưng khác khối lượng ) được gọi là những hạt nhân đồng vị.
Những hạt nhân có cùng số A, nhưng số Z khác nhau thì gọi là những hạt nhân đồng khối lượng.
Trong số những hạt nhân đồng khối lượng, ta cịn gặp những cặp hạt nhân mà số prơtơn của hạt nhân này bằng số nơtrôn của hạt nhân kia. Ta gọi chúng là những hạt nhân gương.
98
4.4.2. Lực hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử có cấu trúc khá bền vững, điều đó chứng tỏ các nuclôn trong hạt nhân phải hút nhau bằng những lực rất mạnh. Lực đó gọi là lực hạt nhân. Nhờ những sự kiện thực nghiệm ta tìm ra một số đặc tính của lực hạt nhân:
+ Lực hạt nhân là lực tác dụng ngắn: Trong phạm vi 10-15
m thì lực rất mạnh. Ngồi khoảng đó, lực hạt nhân giảm nhanh xuống đến giá trị không.
+ Lực hạt nhân khơng phụ thuộc điện tích.
+ Lực hạt nhân có tính chất bão hịa, nghĩa là mỗi nuclơn chỉ tương tác với một số nuclôn ở lân cận quanh nó chứ khơng tương tác với mọi nuclơn của hạt nhân.
+ Lực hạt nhân là lực trao đổi. Theo Iucaoa, tương tác giữa hai nuclôn được thực hiện bằng cách trao đổi một loại hạt gọi là mêdơn . Hạt mêdơn có khối lượng vào cỡ 200 300 lần khối lượng của electron. Có ba loại mêdơn:
, o, .
+ Lực hạt nhân phụ thuộc spin của các nuclôn.
Từ những đặc tính trên cho phép ta đi tới kết luận: tương tác hạt nhân là một loại tương tác rất mạnh, về bản chất khác hẳn với các tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ mà ta đã nghiên cứu trong các chương trước.
4.4.3. Độ hụt khối và năng lượng liên kết
Để đo khối lượng các hạt trong vật lý hạt nhân, người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu u). Một đơn vị khối lượng nguyên tử bằng 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị cacbon C12
. 1u = 1,660.10-27 kg.
Các phép đo chính xác chứng tỏ rằng khối lượng m của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclơn tạo thành hạt nhân đó một lượng
M
99 M m Z A m Z M p n . ( ). (8.11)
gọi là độ hụt khối của hạt nhân trong đó m là khối lượng hạt nhân A
ZX , cịn mp và mn là khối lượng của prơtơn và nơtrơn.
Sự hụt khối đó là do tương tác giữa các nuclơn gây ra. Vì vậy, độ hụt khối tương ứng với năng lượng liên kết giữa các nuclôn trong hạt nhân. Theo định nghĩa, năng lượng liên kết là năng lượng có trị số bằng cơng cần thiết để tách hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt. Theo hệ thức Anhxtanh, năng lượng liên kết có trị số bằng: ) ). ( . .( . 2 2 ket lien c M c Zm A Z m M W p n (8.12)
Vì trong các bảng thường ghi khối lượng của nguyên tử trung hịa Mngt nên cũng có thể biểu thị năng lượng liên kết qua khối lượng của nguyên tử trung hòa: ) ). ( . .( ngt 2 ket lien c Zm A Z m M W p n (8.13)
Trong đó : mp là khối lượng của ngun tử trung hịa hiđrơ.
Để so sánh độ bền vững của hạt nhân, người ta thường dùng khái niệm năng lượng liên kết ứng với một nuclơn hay cịn gọi là năng lượng liên kết riêng ( ký hiệu là ). A ket lien W (8.14)
Năng lượng liên kết ứng với một nuclơn càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
- Đối với các hạt nhân nhẹ nhất, năng lượng liên kết riêng tăng nhanh từ 1,1 Mev ( 2
1H ) đến 2,8 Mev ( 3
1H ) và đạt giá trị 7 Mev ( 4 2He ).
- Đối với các hạt nhân nặng có a từ 140 đến 240 thì năng lượng liên kết riêng giảm dần nhưng rất chậm từ 8 Mev đến khoảng 7 Mev.
100
- Đối với hạt nhân trung bình với a từ 40 đến 140 thì năng lượng liên kết riêng có giá trị lớn nhất nằm trong khoảng từ 8 đến 8,6 Mev.