1 1 2 2 3 3 4 4 A A A A Z X +Z X ® Z X +Z X
Trong số các hạt này cĩ thể là hạt sơ cấp như nuclơn, eletrơn, phơtơn ... Trường hợp đặc biệt là sự phĩng xạ: X1→ X2 + X3
X1 là hạt nhân mẹ, X2 là hạt nhân con, X3 là hạt α hoặc β
2. Các định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhân.
+ 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: uur uur uur uurp1+p2=p3+p hay4 m1 1urv +m2 2vur=m4 3vur+m4 4vur
+ Bảo tồn năng lượng: KX1+KX2+D =E KX3 +KX4
Trong đĩ: ∆E là năng lượng phản ứng hạt nhân; ∆E = (m1+m2 – m3 - m4 )c2 = ( M0 – M ) c2. 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: ur uur uurp=p1+p2 biết ·
1, 2p p p p j =uur uur 2 2 2 1 2 2 1 2 p =p +p + p p cosj hay (mv)2 =(m v1 1)2+(m v2 2)2+2m m v v cos1 2 1 2 j haymK=m K1 1+m K2 2+2 m m K K cos1 2 1 2 j
Tương tự khi biết ·
1 1
φ =uur urp p, hoặc ·
2 2
φ =uur urp p, Trường hợp đặc biệt:uur uurp1^p2 ⇒ 2 2 2
1 2
p =p +p
Tương tự khi uur urp1^p hoặc uur urp2^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. 3. Phản ứng hạt nhân
* Năng lượng phản ứng hạt nhân : ∆E = (M0 - M)c2
Trong đĩ: M0=mX1+mX2là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.
M =mX3+mX4 là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng.
Lưu ý: - Nếu M0 > M thì pứ toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của các hạt X3, X4 hoặc phơtơn γ. Các hạt sinh ra cĩ độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn.
- Nếu M0 < M thì pứ thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của các hạt X1, X2 hoặc phơtơn γ. Các hạt sinh ra cĩ độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững.
- Muốn phản ứng xảy ra thì phải cung cấp năng lượng dưới dạng động năng của các hạt A và B. Năng lượng cung cấp cho pứ bao gồm ∆ =E (m m c− 0) 2và động năngW của các hạt mới sinh ra : d W = ∆ +E Wd
* Trong phản ứng hạt nhân 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4 A A A A Z X +Z X ® Z X +Z X Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 cĩ:
Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε1, ε2, ε3, ε4. Năng lượng liên kết tương ứng là ∆E1, ∆E2, ∆E3, ∆E4
Độ hụt khối tương ứng là ∆m1, ∆m2, ∆m3, ∆m4 p ur 1 p uur 2 p uur φ
Năng lượng của phản ứng hạt nhân : ∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2
∆E = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2
∆E = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c2
4. Quy tắc dịch chuyển của sự phĩng xạ
+ Phĩng xạ α (24He): 4 4 2 2 A A ZX He Z- Y - ® +
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ơ trong bảng tuần hồn và cĩ số khối giảm 4 đơn vị. + Phĩng xạ β- (-01e
): 01 1
A A
ZX ®- e+Z+Y
+ So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ơ trong bảng tuần hồn và cĩ cùng số khối.
+ Thực chất của phĩng xạ β- là một hạt nơtrơn biến thành 1 hạt prơtơn, 1 hạt electrơn và một hạt nơtrinơ:
n® +p e- +v
Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phĩng xạ β- là hạt electrơn (e-)
- 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 β+ (+01e
): 10 1
A A
ZX ®+ e+Z- Y
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ơ trong bảng tuần hồn và cĩ cùng số khối.
+ Thực chất của phĩng xạ β+ là 1 hạt prơtơn biến thành 1 hạt nơtrơn, 1 hạt pơzitrơn và 1 hạt nơtrinơ:
p® +n e++v
Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phĩng xạ β+ là hạt pơzitrơn (e+) + Phĩng xạ γ (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 : 1 2
hc
hf E E
e
l
= = = -
* Lưu ý: Trong phĩng xạ γ khơng cĩ sự biến đổi hạt nhân ⇒ phĩng xạ γ thường đi kèm theo pxạ α và β.
5. Hai loại phản ứng tỏa năng lượng :- Phản ứng nhiệt hạch : - Phản ứng nhiệt hạch :
+ Hai hạt nhân rất nhẹ cĩ (số khối A < 10), như Hidro, heli… hợp lại thành hạt nhân nặng hơn. Vì sự tổng hợp hạt nhân chỉ cĩ thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch.
Ví dụ : 1 1 4 1
2H+3He→2He+0n tỏa năng lượng khoảng 18MeV.
+ Ngồi điều kiện nhiệt độ cao, cịn phải thỏa mãn hai điều kiện nữa để phản ứng tổng hợp hạt nhân cĩ thể xảy ra. Đĩ là : mật độ hạt nhân n phải đủ lớn, đồng thời thời gian∆tduy trì nhiệt độ cao (cỡ 108K) cũng phải đủ dài. Lo-sơn (Lawson) đã chứng minh điều kiện n t∆ ≥1014s cm/ 3
+ Phản ứng nhiệt hạch trong lịng mặt trời và các ngơi sao là nguồn gốc năng lượng của chúng. + Trên Trái Đất con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng khơng kiểm sốt được. Đĩ gọi là sự nổ của bom nhiệt hạch hay bom H
Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch rất nhiều. Nhiên liệu nhiệt hạch cĩ thể coi là vơ tận trong thiên nhiên.