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 ã
1 1
φ =uur urp p, hoặc ã
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 ằ A Tương tự v1 = 0 hoặc v2 = 0. * Năng lượng phản ứng hạt nhõn ∆E = (M0 - M)c2
Trong đú: M0=mX1+mX2là tổng khối lượng cỏc hạt nhõn trước phản ứng.
M =mX3+mX4 là tổng khối lượng cỏc hạt nhõn sau phản ứng.
Lưu ý: - Nếu M0 > M thỡ phản ứng toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của cỏc hạt X3, X4 hoặc phụtụn
γ.
Cỏc hạt sinh ra cú độ hụt khối lớn hơn nờn bền vững hơn.
pur ur 1 p uur 2 p uur φ
- Nếu M0 < M thỡ phản ứng thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của cỏc hạt X1, X2 hoặc phụtụn γ. phụtụn γ.
Cỏc hạt sinh ra cú độ hụt khối nhỏ hơn nờn kộm bền vững.
* Trong phản ứng hạt nhõn 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4 A A A A Z X +Z X đ Z X +Z X Cỏc hạt nhõn X1, X2, X3, X4 cú:
Năng lượng liờn kết riờng tương ứng là ε1, ε2, ε3, ε4. Năng lượng liờn kết tương ứng là ∆E1, ∆E2, ∆E3, ∆E4 Năng lượng liờn kết tương ứng là ∆E1, ∆E2, ∆E3, ∆E4
Độ hụt khối tương ứng là ∆m1, ∆m2, ∆m3, ∆m4
Năng lượng của phản ứng hạt nhõn
∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2∆E = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2 ∆E = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2 ∆E = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c2
c. Năng lượng phản ứng hạt nhõn
- Phản ứng hạt nhõn cú thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng. W = (mtrước - msau)c2 + Nếu W > 0→ phản ứng toả năng lượng:
+ Nếu W < 0 → phản ứng thu năng lượng:
4 . Hiện tượng phúng xạ: a. Hiện tượng phúng xạ a. Hiện tượng phúng xạ
* Phúng xạ là hiện tượng hạt nhõn nguyờn tử tự động phúng ra những bức xạ và biến đổi thành hạt nhõn khỏc * Những bức xạ đú gọi là tia phúng xạ, tia phúng xạ khụng nhỡn thấy được nhưng cú thể phỏt hiện ra chỳng do cú khả năng làm đen kớnh ảnh, ion húa cỏc chất, bị lệch trong điện trường và từ trường…
b. Đặc điểm của hiện tượng phúng xạ:
* Hiện tượng phúng xạ hoàn toàn do cỏc nguyờn nhõn bờn trong hạt nhõn gõy ra, hoàn toàn khụng phụ thuộc vào tỏc động bờn ngoài.
* Dự nguyờn tử phúng xạ cú nằm trong cỏc hợp chất khỏc nhau, dự chất phúng xạ chịu ỏp suất hay nhiệt độ khỏc nhau… thỡ mọi tỏc động đú đều khụng gõy ảnh hưởng đến quỏ trỡnh phúng xạ của hạt nhõn nguyờn tử.
c. Cỏc dạng phúng xạ:
+. Tia alpha: α bản chất là hạt nhõn 24He. Bị lệch về bản õm của tụ điện mang điện tớch +2e .Vận tốc chựm tia : 107 m/s Cú khả năng gõy ra sự ion húa chất khớ
+. Tia bờta: gồm 2 loại:
- Tia −β là chựm electron mang điện tớch õm. Bị lệch về bản dương của tụ điện
- Tia +β Thực chất là chựm hạt cú khối lượng như electron nhưng mang điện tớch +e gọi là positron. Bị lệch về bản õm của tụ điện
* Cỏc hạt được phúng xạ với vận tốc gần bằng vận tốc ỏnh sỏng * Cú khả năng ion húa chất khớ yếu hơn tia α
* Cú khả năng đõm xuyờn mạnh hơn tia α, cú thể đi được hàng trăm một trong khụng khớ
+. Tia gamma: γ Bản chất là súng điện từ cú bước súng rất ngắn
* Khụng bị lệch trong điện trường và từ trường .Đõy là chựm photon cú năng lượng cao, cú khả năng đõm xuyờn lớn cú thể đi qua một lớp chỡ dày hàng domestic và nguy hiểm cho người
d. Định luật phúng xạ
* Mỗi chất phúng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kỳ bỏn ró. Cứ sau mỗi chu kỡ thỡ 1/2 số nguyờn tử của chất ấy đó biến đổi thành chất khỏc.
* Gọi N0, m0: là số nguyờn tử và khối lượng ban đầu của khối lượng phúng xạ. Gọi N, m: là số nguyờn tử và khối lượng ở thời điểm t.
Ta cú: N = NO. . 2 t t T e−λ = − hoặc m = mo. . 2 t t T e−λ = − T: là chu kỳ bỏn ró , λlà hằng số phúng xạ với λ= ln 2 0,693 T = T
* Khối lượng chất bị phúng xạ sau thời gian t
0 0(1 t)m m m m e-l m m m m e-l D = - = - * Phần trăm chất phúng xạ bị phõn ró: 0 1 t m e m l - D = - Phần trăm chất phúng xạ cũn lại: 0 2 t t T m e m l - - = =
1 0 11 1 (1 t) 0(1 t) 1 1 (1 t) 0(1 t) A A A N A N m A e m e N N A l l - - D = = - = -
Trong đú: A, A1 là số khối của chất phúng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành
NA = 6,022.10-23 mol-1 là số Avụgađrụ.
Lưu ý: Trường hợp phúng xạ β+, β- thỡ A = A1⇒ m1 = ∆m
Độ phúng xạ:
* Độ phúng xạ H của một lượng chất phúng xạ là đại lượng đặc trưng cho tớnh phúng xạ mạnh hay yếu được đo bằng số phõn ró trong 1 giõy.
* Đơn vị là Becqueren (Bq) hoặc Curie (Ci) ; 1 Bq là phõn ró trong 1 giõy ; 1 Ci = 3,7.1010 Bq * Độ phúng xạ: H = Nλ = H0. . 2
t
t T
O
e−λ =H − với H0 = λN0 là độ phúng xạ ban đầu
e. Quy tỏc dịch chuyển phúng xạ
Áp dụng cỏc định luật bảo toàn số nuclon và bảo toàn điện tớch và quỏ trỡnh phúng xạ ta thu được cỏc quy tắc dịch chuyển sau:
+.Phúng xạ : anpha
So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con ở vị trớ lựi 2 ụ trong bảng tuần hoàn và cú số khối nhỏ hơn 4 đơn vị.
+. Phúng xạ β-
* So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con ở vị trớ tiến 1 ụ và cú cựng số khối.
* Thực chất của phúng xạ là trong hạt nhõn 1 nơtron (n) biến thành 1 prụton (p) cộng với 1 electron (e-) và phản neutrio () −βγ : n → p + e + γ
(Neutrino là hạt nhõn khụng mang điện, số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ỏnh sỏng)
+. Phúng xạ : β+
* So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con ở vị trớ lựi 1 ụ và cú cựng số khối.
* Thực chất của sự phúng xạ là sự biến đổi của prụton (p) thành neutron (n) cộng với 1 prsitron (e) và 1 nueutrino. +β : p → n + e+ + γ
+. Phúng xạ : γ
* Phúng xạ photon cú năng lượng: hf = E2 - E1 (E2 > E1)
* Photon () cú A = 0, Z = 0 nờn khi phúng xạ khụng cú biến đổi hạt nhõn của nguyờn tố này thành hạt nhõn của nguyờn tố kia mà chỉ cú giảm năng lượng của hạt nhõn đú một lượng bằng hf.
5 Phản ứng phõn hạch và nhiệt hạnha Sự phõn hạch a Sự phõn hạch
+ Sự phõn hạch là hiện tượng một hạt nhõn rất nặng hấp thụ một nơtrụn chậm rồi vỡ thành hai hạt nhõn nặng trung bỡnh.
+ Đặc điểm của sự phõn hạch: mỗi phản ứng phõn hạch sinh ra từ 2 đến 3 nơtrụn và toả ra một năng lượng khoảng 200MeV.
* Phản ứng dõy chuyền
+ Phản ứng phõn hạch sinh ra một số nơtrụn thứ cấp. Nếu sau mỗi lần phõn hạch cũn lại trung bỡnh s nơtrụn gõy được phõn hạch mới và khi s ³ 1 thỡ sẽ cú phản ứng hạt nhõn dõy chuyền.
+ Cỏc chế độ của phản ứng dõy dõy chuyền: với s > 1: phản ứng dõy chuyền vượt hạn, khụng khống chế được, với s = 1: phản ứng dõy chuyền tới hạn, kiểm soỏt được, với s < 1: phản ứng dõy chuyền khụng xảy ra.
+ Điều kiện để phản ứng dõy chuyền xảy ra - Cỏc nơtrụn sinh ra phải được làm chậm lại.
- Để cú s ³ 1 thỡ khối lượng của khối chất hạt nhõn phõn hạch phải đạt tới một giỏ trị tối thiểu nào đú gọi là khối lượng tới hạn mh. Vớ dụ: Với 235U, khối lượng tới hạn mh = 50kg.
* Nhà mỏy điện nguyờn tử
+ Bộ phận chớnh là lũ phản ứng hạt nhõn, ở đú phản ứng phõn hạch được giữ ở chế độ tới hạn khống chế được. + Nhiờn liệu của nhà mỏy điện nguyờn tử là cỏc thanh Urani đó làm giàu 235U đặt trong chất làm chậm để giảm vận tốc nơtrụn.
+ Để đạt được hệ số s = 1, người ta đặt vào lũ cỏc thanh điều chỉnh hấp thụ bớt cỏc nơtrụn .
+ Năng lượng do phõn hạch tỏa ra dưới dạng động năng của cỏc hạt được chuyển thành nhiệt năng của lũ và truyền đến nồi sinh hơi chứa nước. Hơi nước được đưa vào làm quay tua bin mỏy phỏt điện.
b. Phản ứng nhiệt hạnh
+ Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhõn rất nhẹ thành một hạt nhõn nặng hơn.
+ Là phản ứng tỏa năng lượng, tuy một phản ứng kết hợp tỏa năng lượng ớt hơn một phản ứng phõn hạch, nhưng tớnh theo khối lượng nhiờn liệu thỡ phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhiều hơn.
+ Phản ứng phải thực hiện ở nhiệt độ rất cao (hàng trăm triệu độ).
Lý do: cỏc phản ứng kết hợp rất khú xảy ra vỡ cỏc hạt nhõn mang điện tớch dương nờn chỳng đẩy nhau. để chỳng tiến lại gần nhau và kết hợp được thỡ chỳng phải cú một động năng rất lớn để thắng lực đẩy Culụng. để cú động năng rất lớn thỡ phải cú một nhiệt độ rất cao.
Con người đó thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng khụng kiểm soỏt được, vớ dụ sự nổ của bom khinh khớ (bom H).
6. Cỏc hằng số và đơn vị thường sử dụng
* Số Avụgađrụ: 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 nguyờn tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10-27kg = 931 MeV/c2
* Điện tớch nguyờn tố: |e| = 1,6.10-19 C
* Khối lượng prụtụn: mp = 1,0073u
* Khối lượng nơtrụn: mn = 1,0087u