VII: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
1. Hiện tượng phúng xạ
* Số nguyờn tử chất phúng xạ cũn lại sau thời gian t 0.2 0. t t T N N - N e-l = =
* Số hạt nguyờn tử bị phõn ró bằng số hạt nhõn con được tạo thành và bằng số hạt (α hoặc e- hoặc e+) được tạo thành:
0 0(1 t)
N N N N e-l
= - = -
D
* Khối lượng chất phúng xạ cũn lại sau thời gian t
0.2 0. t t T m m - m e-l = =
Trong đú: N0, m0 là số nguyờn tử, khối lượng chất phúng xạ ban đầu T là chu kỳ bỏn ró
ln2 0,693
T T
l = = là hằng số phúng xạ
λ và T khụng phụ thuộc vào cỏc tỏc động bờn ngoài mà chỉ phụ thuộc bản chất bờn trong của chất phúng xạ.
* Khối lượng chất bị phúng xạ sau thời gian t 0 0(1 t) 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 - - = =
* Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t
1 0 1 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 H
Là đại lượng đặc trưng cho tớnh phúng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phúng xạ, đo bằng số phõn ró trong 1 giõy. 0.2 0. t t T H H - H e-l l N = = =
H0 = λN0 là độ phúng xạ ban đầu. Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phõn ró/giõy
Curi (Ci); 1 Ci = 3,7.1010 Bq
Lưu ý: Khi tớnh độ phúng xạ H, H0 (Bq) thỡ chu kỳ phúng xạ T phải đổi ra đơn vị giõy(s). 2. Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liờn kết
* Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng Vật cú khối lượng m thỡ cú năng lượng nghỉ E = m.c2 Với c = 3.108 m/s là vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng. * Độ hụt khối của hạt nhõn A
ZX
∆m = m0 – m
Trong đú m0 = Zmp + Nmn = Zmp + (A-Z)mn là khối lượng cỏc nuclụn. m là khối lượng hạt nhõn X.
* Năng lượng liờn kết ∆E = ∆m.c2 = (m0-m)c2
* Năng lượng liờn kết riờng (là năng lượng liờn kết tớnh cho 1 nuclụn): E
A
D
Lưu ý: Năng lượng liờn kết riờng càng lớn thỡ hạt nhõn càng bền vững. 3. Phản ứng hạt nhõn * Phương trỡnh phản ứng: 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
Trong số cỏc hạt này cú thể là hạt sơ cấp như nuclụn, eletrụn, phụtụn ... Trường hợp đặc biệt là sự phúng xạ: X1 → X2 + X3
X1 là hạt nhõn mẹ, X2 là hạt nhõn con, X3 là hạt α hoặc β * Cỏc định luật bảo toàn
+ Bảo toàn số nuclụn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo toàn điện tớch (nguyờn tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Bảo toàn động lượng: uurp1+ uurp2=uurp3+ uurp hay4 m1 1urv + m2 2vur =m4 3vur+ m4 4vur + Bảo toàn năng lượng: KX1+ KX2+ DE=KX3+ KX4
Trong đú: ∆E là năng lượng phản ứng hạt nhõn 1 2
2
X x x
Lưu ý: - Khụng cú định luật bảo toàn khối lượng.
- Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là: p2X =2m KX X
- Khi tớnh vận tốc v hay động năng K thường ỏp dụng quy tắc hỡnh bỡnh hành Vớ dụ: urp=uurp1+ uurp2
biết j =uur uurãp p1, 2
2 2 2 1 2 2 1 2 p = p + p + p p cosj hay 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 (mv) =(m v) + (m v ) + 2m m v v cosj haymK=m K1 1+ m K2 2+ 2 m m K K cos1 2 1 2 j
Tương tự khi biết φ1=uur urãp p1, hoặc φ2=uur urãp p2, Trường hợp đặc biệt:uurp1^ uurp2
⇒ 2 2 2
1 2
p = p + p
Tương tự khi uurp1^ urp
hoặc uurp2^ urp 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.
- Nếu M0 < M thỡ phản ứng thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của cỏc hạt X1, X2 hoặc 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 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 nhõn ∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2 ∆E = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2 ∆E = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c2 * Quy tắc dịch chuyển của sự phúng xạ + Phúng xạ α (4 2He): 4 4 2 2 A A ZX He Z- Y - + đ
So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con lựi 2 ụ trong bảng tuần hoàn và cú số khối giảm 4 đơn vị. + Phúng xạ β- (-01e
): 10 1
A A
ZX đ- e+ Z+Y
So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con tiến 1 ụ trong bảng tuần hoàn và cú cựng số khối.
Thực chất của phúng xạ β- là một hạt nơtrụn biến thành một hạt prụtụn, một hạt electrụn và một hạt nơtrinụ:
n p e- v
+ +
đ
Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phúng xạ β- là hạt electrụn (e-)
- Hạt nơtrinụ (v) khụng mang điện, khụng khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của ỏnh sỏng và hầu như khụng tương tỏc với vật chất.
+ Phúng xạ β+ (+01e
): 01 1
A A
ZX đ + e+ Z- Y
So với hạt nhõn mẹ, hạt nhõn con lựi 1 ụ trong bảng tuần hoàn và cú cựng số khối.
Thực chất của phúng xạ β+ là một hạt prụtụn biến thành một hạt nơtrụn, một hạt pụzitrụn và một hạt nơtrinụ:
p n e+ v
+ +
đ
Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phúng xạ β+ là hạt pụzitrụn (e+) + Phúng xạ γ (hạt phụtụn)
Hạt nhõn con sinh ra ở trạng thỏi kớch thớch cú mức năng lượng E1 chuyển xuống mức năng lượng E2 đồng thời phúng ra một phụtụn cú năng lượng
1 2hc hc hf E E e l = = = -
Lưu ý: Trong phúng xạ γ khụng cú sự biến đổi hạt nhõn ⇒ phúng xạ γ thường đi kốm theo phúng xạ α và β. 4. 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
* Điện tớch nguyờn tố: |e| = 1,6.10-19 C * Khối lượng prụtụn: mp = 1,0073u * Khối lượng nơtrụn: mn = 1,0087u
* Khối lượng electrụn: me = 9,1.10-31kg = 0,0005u CHƯƠNG X:TỪ VI Mễ ĐẾN VĨ Mễ
1.Hạt sơ cấp:
*Hạt sơ cấp là hạt nhỏ hơn hạt nhõn nguyờn tử và cú cỏc đặc trưng chớnh là khối lượng nghỉ,điện tớch,spin,mụ men từ riờng,thời gian sống trung bỡnh và cỏc số lượng tử mới.Cỏc hạt sơ cấp được xếp thành từng loại.
*Trong quỏ trỡnh tương tỏc của cỏc hạt sơ cấp cú thể xóy ra hiện tượng hủy cặp hoặc cựng lỳc sinh ra một cặp “hạt+phản hạt”
*Hạt quac.Cỏc hađrụn đốu cấu tạo từ cỏc hạt nhỏ hơn gọi là hạt quỏc.Cú 6 loại quỏc.Kớ hiệu u,d,s,c,b,t mang điện tớch 3 e ± ; 3 2e ± … 2.Hệ mặt trời
*Hệ mặt trời gồm mặt trời(trung tõm của hệ),8 hành tinh lớn (Thủy tinh,Kim tinh,Trỏi đất,Hỏa tinh,mộc tinh,thổ tinh,thiờn tinh,hải tinh)hàng ngàn tiểu hành tinh và cỏc sao chổi
*cỏc hành tinh quay quanh mặt trời theo cựng cuiờự thuận và gần như trong cựng một mặt phẳng.Mặt troối và cỏc hành tinh đều tự quay quanh nú và quay theo chiều thuận( trừ kim tinh).
*Mặt trời gồm:
+Quang cầu cú bỏn kớnh khoảng 7.105km,nhiệt độ khoảng 6000K,Trong lũng mặt trời khoảng trờn chục triệu độ.
+Khớ quyển mặt trời chủ yếu là hiđrụ,Hờ li…gồm 2 lớp là sắc cầu (4500K)và nhật hoa(gần triệu độ). +Cụng suất bức xạ năng lượng của mặt trời là 3,9.1026 W
*Sự hoạt động của mặt trũi:
-Năm mặt trời hoạt động thỡ trờn quang cầu xuất hiện nhiều vết đen,năm mặt trời tĩnh thỡ trờn quang cầu xuất hiện ớt vết đen nhất.
-Sự hoạt động của mặt trời gõy nhiều tỏc động đến trỏi đất như làm nhiễu loạn súng vụ tuyến,làm biến thiờn từ trường của trỏi đất gõy nờn bóo từ,làm ảnh hưởng đến thời tiết cú ảnh hưởng đến sự sống trờn trỏi đất.
*Trỏi đất:
-Lừi của trỏi đất chủ yếu là sắt,ni ken,…nhiệt độ 3000-40000C,bao quanh là lớp trung gian và ngoài cựng là lớp vừ dày khoảng 35km chủ yếu là đỏ granit.
-Trục của trỏi đất nghiờng 1105 so với trục địa cực bắc nam.
-Từ trường trỏi đỏt tỏc dụng lờn dũng hạt điện tớch phúng ra từ mặt trời và từ vũ trụ làm cho cỏc hạt này tập trung thành 2 vành đai phúng xạ.
*Mặt trăng-vệ tinh trỏi đất.
-Mặt trăng quay quanh trục của nú và quay quanh trỏi đất với cựng chu kỳ 27,32 ngày. -Trờn mặt trăng khụng cú khớ quyển,nhiệt độ giữa ngày và đờm chờnh lệch nhau rất lớn. -Mặt trăng cú nhiều ảnh hưởng đến trỏi đất như hiện tượng thủy triều..
3.Cỏc sao-Thiờn hà.
*Sao: là thiờn thể núng sỏng như Mặt trời và ở rất xa chỳng ta.Ta thấy cỏc sao sỏng khỏc nhau do khoảng cỏch và độ sỏng thực của cỏc sao.
*Cú một số sao đặc biệt:Sao biến quang,sao mới,sao pun xa,sao nơtron… *Thiờn hà:
-là hệ thống gồm hàng trăm tỉ sao.
-3 loại thiờn hà chớnh:Thiờn hà xoắn ốc,thiờn hà elip,thiờn hà khụng định hỡnh. 4.Thuyết vụ nổ lớn
*Hai sự kiện thiờn văn quan trọng.
-Năm 1929,Hớp-bơn đó phỏt hiện ra rằng cỏc thiờn hà rải rỏc khắp bầu trời,đều lựi ra xa hệ mặt trời của chỳng ta.Tốc độ lựi của thiờn hà tỉ lệ với khoảng cỏch giữa thiờn hà vơi chỳng ta.
-Năm 1965,Pen-đi-at và Uyn-xơn phỏt hiện ra cỏc bức xạ được phỏt ra từ phớa từ vũ trụ nay đó nguội được gọi là bức xạ” nền” vũ trụ.
*Hai sự kiện thiờn văn trờn và một số sự kiện thiờn văn khỏc đó chứng minh rằng vũ trụ được tạo ra bởi một vụ nổ lớn cỏch đõy khoảng 14 tỉ năm,hiện đang dón nở và loóng dần.