HẠT NHÂN NGUYÊN TỬI. HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRONG CHƯƠNG

1

).+ Trong trường hợp phóng xạ: A→ B + C. A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con, C là các hạt α, β...+ Nhờ phản ứng hạt nhân, tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo.b) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:+ Định luật bảo toàn nuclon (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của các hạt tươngtác bằng tổng số nuclon của các hạt sản phẩm. (prôton có thể biến đổi thành nơtron và ngược lại).A

A

+ A

B

= A

C

+ A

D

. + Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằngtổng đại số điện tích của các hạt sản phẩm.Vì tương tác 2 hạt nhân là tương tác hệ kín (cô lập) về điện, nên điện tích bảo toàn (tổng điện tíchtrước và sau phản ứng bằng nhau)..Z

A

+ Z

B

= Z

C

+ Z

D

. + Định luật bảo toàn động lượng: Véctơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng vétơ tổng độnglượng của các hạt sản phẩm.Vì tương tác 2 hạt nhân là tương tác hệ kín (cô lập) nên động lượng bảo toàn (động lượng trước vàsau phản ứng bằng nhau).p + = + hay m

_A

v

_A

+m

_B

v

_B

=m

_C

v

_C

+m

_D

v

_D

D

C

B

A

p p p+ Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: (Gồm năng lượng nghỉ và các năng lượng thông thườngkhác như động năng, nhiệt năng . . .): Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng nănglượng toàn phần của các hạt sản phẩm.M

0

c

²

+ E

1

= Mc

²

+ E

2

.Với M

0

= m

A

+ m

B

; M = m

C

+ m

D

; E

1

là động năng của các hạt trước phản ứng, E

2

là động năng củacác hạt sau phản ứng và các năng lượng khác.c) Quy tắc dịch chuyển phóng xạ:+ Phóng xạ ra α:

^A

_Z

X→

⁴

₂

He+

^A

_Z

⁻

₋

⁴

₂

Y→ hạt nhân tạo thành lùi 2 ô và số khối giảm 4 đơn vị.+ Phóng xạ ra bêta trừ β

^-

:

^A

_Z

X→

₋

⁰

₁

e+

_Z

^A

₊

₁

Y+ν→ hạt nhân tạo thành tiến 1 ô, số khối không đổi.+ Phóng xạ ra bêta cộng β

⁺

:

^A

_Z

X→

₊

⁰

₁

e+

_Z

^A

₋

₁

Y+ν→ hạt nhân tạo thành lùi 1 ô, số khối không đổi.d) Trong phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng M

0

(M

0

= M

A

+ M

B

) của các hạt nhân tham gia phảnứng khác tổng khối lượng M (M = M

C

+ M

D

) của các hạt tạo thành.Nếu M < M

0

(hay độ hụt khối các hạt nhân tạo thành lớn hơn độ hụt khối các hạt nhân tham gia phảnứng) thì phản ứng tỏa năng lượng. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng là: ∆E = (M

0

– M)c

²

.Và ngược lại: M > M

0

thì phản ứng hạt nhân thu năng lượng. Năng lượng của phản ứng thu là hạtnhân là: ∆E = (M

0

– M)c

²

(< 0).e) Có hai loại phản ứng hạt nhân toả ra năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng hạt nhân.+ Phản ứng phân hạch: Một hạt nhân rất nặng như U235 khi hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thànhhai hạt trung bình, cùng với k nơtron được sinh ra. VD:

²³⁵

₉₂

U+

₀

¹

n→

²³⁶

₉₂

U→

^A

_Z

X+

^A

_Z

^/

/

Y+k

¹

₀

n+200MeV. k có giá trị từ 2 đến 3; A và A’ có giá trị từ 80 đến 160.+ Nếu sự phân hạch liên tiếp xảy ra liên tiếp thành một dây chuyền thì gọi là phản ứng phân hạchdây chuyền, khi đó số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian ngắn và có năng lượng rất lớn tỏara. Điều kiện có phản ứng dây chuyền: xét số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (hệ số nhânnơtrơn)k < 1: không xáy ra phản ứng dây chuyền.k = 1: phản ứng xảy ra, điều khiển (kiểm soát) được. k > 1 phản ứng xảy ra, không điều khiển (kiểm soát) được (bom A). k = 1 gọi là tới hạn: phản ứng kiểm soát được. k > 1: vượt hạn phản ứng không kiểm soát được. Vìvậy khối lượng U235 phải đạt giá trị nhỏ nhất gọi là khối lượng tới hạn: m

th

. (nguyên chất là 1kg)+ Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân rất nhẹ, có thể kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Thí dụ:

²

₁

H+

²

₁

H→

³

₂

He+

¹

₀

n+3,25MeV.

²

₁

H+

³

₁

H→

⁴

₂

He+

₀

¹

n+17,6MeV.Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con người mới chỉ thựchiện được phản ứng này dưới dạng không kiểm soát được (bom H).So với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng lớn hơn nhiều khi có cùng khốilượng nhiên liệu.II. BÀI TẬP CƠ BẢN