- Trong quang phổ vạch hiđro có các dãy: Laiman, Banme, Pasen ứng với sự chuyển
B. BÀI TẬP TỰ LUẬN:
CHƯƠNG 7 VẬT LÍ HẠT NHÂN A TÓM TẮT LÍ THUYẾT
A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT
1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ (đường kính cỡ 10-14m đến 10-15m), nhưng lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn.
Có hai loại nuclôn: prôtôn p (11p) mang điện tích nguyên tố dương, nơtrôn n (o1n) không mang điện.
Kí hiệu hạt nhân là ZAX : X là tên nguyên tố, Z số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn, hạt nhân có Z prôtôn và N nơtrôn. Tổng số prôtôn và nơtrôn gọi là số khối A. Số khối A = Z + N.
2. Đồng vị
Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn Z nhưng khác số nơtrôn N nên khác số khối A gọi là các đồng vị, chúng có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn.
Ví dụ: Hiđrô có 3 đồng vị: Hiđrô 11H ; đơteri 21H (21D) ; triti 31H (31T) 3. Đơn vị khối lượng hạt nhân (u)
Đơn vị u có giá trị bằng
1
12 khối lượng nguyên tử của đồng vị 126 C
1u = 1,66055.10−27kg ≈ 931,5 MeV/c2
4. Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = m.c2 5. Lực hạt nhân
Các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân liên kết với nhau bởi các lực hút rất mạnh gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân có bán kính tác dụng cỡ 10-15 m. Lực hạt nhân còn được gọi là lực tương tác mạnh. 6. Độ hụt khối và năng lượng liên kết
+ Độ hụt khối của một hạt nhân là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân và khối lượng hạt nhân đó: ∆m = [Zmp + (A – Z)mn]– mhn
+ Năng lượng liên kết của hạt nhân bằng năng lượng toả ra khi các nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân và đó cũng là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ: ∆E =
∆mc2
+ Năng lượng liên kết riêng
Năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt nhân là năng lượng liên kết tính cho mỗi nuclôn của hạt nhân đó:
ε = A
E
∆
. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. 7. Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa các hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác, được chia thành hai loại: phản ứng hạt nhân tự phát và phản ứng hạt nhân kích thích.
Phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân vì nó làm biến đổi hạt nhân nguyên tử này thành hạt nhân nguyên tử khác. Trong sự phóng xạ, ở vế trái chỉ có một hạt nhân gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành gọi là hạt nhân con.
8. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân + Bảo toàn số nuclon (số khối)
+ Bảo toàn điện tích + Bảo toàn động lượng
+ Bảo toàn năng lượng toàn phần
Trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lượng.
9. Năng lượng phản ứng hạt nhân: gọi mtr và msau lần lượt là tổng khối lượng hạt nhân trước và sau phản ứng
- Nếu mtr< msau thì W < 0, phản ứng thu năng lượng: Wthu = |W| = – W 10. Sự phóng xạ
Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra, hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài. Không thể can thiệp để làm cho sự phóng xạ xảy ra nhanh hơn hoặc chậm hơn.
Bản chất, tính chất của các tia phóng xạ: có 3 loại tia phóng xạ
+ Tia anpha α: là chùm hạt nhân hêli 42He, gọi là hạt α. Hạt α mang điện tích +2e. hạt α được phóng ra với vận tốc khoảng 107m/s chỉ đi được tối đa 8 cm trong không khí, có khả năng làm iôn hóa chất khí, có khả năng đâm xuyên nhưng yếu.
+ Tia bêta β: gồm 2 loại
- Loại phổ biến là các hạt bêta trừ, kí hiệu là β- ; đó là chùm các êlectron −10e.
- Một loại khác hiếm hơn là các hạt bêta cộng, kí hiệu là β+ ; đó là chùm hạt có khối lượng như electron nhưng mang điện tích +e gọi là các pôzitrôn.
Các hạt β được phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, có thể bay xa tới hàng trăm mét trong không khí, khả năng iôn hóa chất khí yếu hơn tia α, khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia α. + Tia gamma γ: có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10-11m). Đây là chùm phôtôn năng lượng cao, có khả năng đâm xuyên rất mạnh, và rất nguy hiểm cho con người. Tia γ có mọi tính chất như tia Rơnghen. Tia γ không bị lệch trong điện trường và từ trường.
Định luật phóng xạ
Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kỳ bán rã. Cứ sau mỗi chu kỳ này thì một nữa số nguyên tử của chất ấy biến đổi thành chất khác.
N = No.e-λt = 0 2 t T N hay m = 0 2 t T m
= mo e-λt ; trong đó N0, Nlần lượt là số hạt nhân ban đầu và số hạt nhân còn lại tại thời điểm t; m0, m lần lượt là khối lượng chất phóng xạ ban đầu và khối lượng chất phóng xạ còn lại tại thời điểm t.
- Hằng số phóng xạ: λ = T T 693 , 0 2 ln = .
Không thể can thiệp để làm thay đổi chu kì bán rã T của chất phóng xạ. 11. Phản ứng phân hạch:
Sự phân hạch: Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân rất nặng hấp thụ một nơtrôn chậm rồi vỡ thành hai hạt nhân nặng trung bình. Phản ứng sinh ra từ 2 đến 3 nơtrôn và toả ra một năng lượng khoảng 200MeV.
Phản ứng dây chuyền
Nếu sau mỗi lần phân hạch còn lại trung bình s nơtrôn, s ≥ 1 thì sẽ có phản ứng hạt nhân dây chuyền.
- Với s > 1: phản ứng dây chuyền vượt hạn, không khống chế được. - Với s = 1: phản ứng dây chuyền tới hạn, kiểm soát được.
- Với s < 1: phản ứng dây chuyền không xảy ra. 12. Phản ứng nhiệt hạch
- Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn, phản ứng tỏa năng lượng. Điều kiện: + phản ứng phải được thực hiện ở nhiệt độ rất cao (hàng trăm triệu độ).