Phương pháp giải toán VẬT LÝ HẠT NHÂN

Chia sẻ: hung042788

Tài liệu tham khảo về Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý hạt nhân...

Nội dung Text: Phương pháp giải toán VẬT LÝ HẠT NHÂN

Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng


LÝ THUYẾT VẬT LÝ HẠT NHÂN
I. KIẾN THỨC TỔNG QUÁT

1. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử:
 Hạt nhân được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn gọi là nuclôn, nuclôn gồm 2 loại:
−27
+ Prôtôn (p) có khối lượng: m p = 1,67262.10 kg = 1,0073u mang điện tích dương.
−27
+ Nơtrôn (n) có khối lượng: mn = 1,67493.10 kg = 1,0087u không mang điện.
A
 Kí hiệu: Z X
X: Hạt nhân nguyên tử.
Z: Số thự tự của nguyên tử ; Là số proton trong hạt nhân, mỗi nguyên tử chỉ có một số thự tự Z được cho
trong
bảng tuần hoàn hóa học.
A: Số khối ( số nuclon của hạt nhân ) với N: số notron trong hạt nhân.
; A=Z+N
2. Đồng vị
_ ĐN: Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton Z nhưng có số Notron khác nhau.
1 2 3
_VD: Hidro có 3 đồng vị: Hidro thường 1 H , Đơtri 1 H (D) còn được gọi là hạt siêu nặng và Triti 1 H (T) còn
được gọi là hạt siêu nhẹ.
_ Đồng vị gồm: đồng vị bền ( là đồng vị có khối lượng cho trong bảng tuần hoàn ) và đồng vị không bền.
_ Mỗi nguyên tử có số proton (Z) không đổi trong hạt nhân nhưng các đồng vị của nó có số Notron khác nhau
trong hạt nhân → Các đồng vị có số khối A khác nhau.
3. Đơn vị khối lượng
_ Khối lượng hạt nhân có thể được đo bằng “u” hoặc “kg” với 1u = 1,66055.10 −27 kg = 931,5MeV / c 2
_ Khối lượng của 1 nuclon ≈ 1u. Do vậy, một nguyên tử có số khối A thì khối lượng của nó ≈ A u.
4. Hệ thức Anhxtanh: E = mc 2 với: m : khối lượng của hạt nhân; E: năng lượng nghỉ của hạt nhân.
5. Độ hụt khối: Khối lượng m của hạt nhân ZA X bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclon tạo thành
hạt nhân một lượng: ∆m = m0 − m = [ Zm p − Nm n ] − m
6. Năng lượng liên kết - Năng lượng liên kết riêng
a) Năng lượng liên kết
_ ĐN: Năng lượng liên kết là năng lượng tỏa ra khi các nuclon kết hợp thành 1 hạt nhân. Wlk = ∆mc
2


Với ∆m : độ hụt khối; c: vận tốc ánh sáng
_ Đơn vị năng lượng: Jun (J) hoặc MeV.
*) Chú ý:
_ Nếu đơn vị của Wlk là MeV thì ∆m được tính theo đơn vị là “u”.
Giả sử ∆m = x.u ⇒ Wlk = x.uc = x.931,5 MeV
2
với uc 2 = 931,5MeV / c 2
_ Nếu đơn vị của Wlk là Jun thì ∆m được tính theo đơn vị là “kg”, c = 3.108 m / s .
Giả sử ∆m = xkg ⇒ Wlk = x.(3.10 ) (J)
82


Wlk
b) Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclon. Wlkr =
A
_ Wlkr đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có Wlkr càng lớn thì càng bền vững.
7. Hiện tượng phóng xạ tự nhiên
a) ĐN: Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia
phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác.
b) Các loại tia phóng xạ và bản chất của chúng.

1
Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng


 Tia Anpha ( α ) :
4
• Là các hạt nhân của nguyên tử 2 He được phóng ra từ hạt nhân nguyên tử với v ≈ 2.10 7 m / s .
• Tia α làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh.
Vì vậy, tia α chỉ đi được tối đa 8cm trong không khí và không xuyên qua được bìa dày 1mm.
 Tia Bêta ( β ):
• Là các hạt phóng ra với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng.
• Tia β cũng làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia α .Vì vậy tia β có thể đi được
• quãng đường dài hơn,tới vài mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày ≈ milimét.
• Có hai loại tia β là:
. β − : là loại phổ biến, đó chính là các electron −1 e hay e −
0


. β + : là loại hiếm hơn, đó chính là các pôzitron hay electron dương +1 e hay e + . 0


 Tia Gamma ( γ ):
Là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy, tia γ có khả năng xuyên
thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β . Hạt nhân con có thể ở trong trạng thái kích thích và phóng xạ tia γ
để trở về trạng thái cơ bản.
8. Định luật phóng xạ và độ phóng xạ
a) Định luật phóng xạ
N m0 m
m ln 2 0,693
N = N 0 .e −λt = K0 = N A . m = m0 .e −λt = K ; λ=
N0 = N A. 0 ; =
;
2 A 2 A T T
N 0 : Số hạt nhân ban đầu ( hạt ) N : Số hạt nhân tại thời điểm t ( hạt )
;
m : Khối lượng của hạt nhân tại thời điểm t (g)
m0 : Khối lượng ban đầu của hạt nhân (g) ;
t : Thời gian (giây, giờ, ngày, tháng, năm..); T : Chu kì bán rã (giây, giờ, ngày, tháng, năm..)
λ : Hằng số phóng xạ ( có đơn vị là đơn vị của thời gian “t” mũ “ − 1" )
t
K : Số chu kì bán rã; K = ; K ∈ Z + ; N A = 6,022.10 23 (mol −1 )
A : Số khối ;
T
H
H 0 = λ .N 0
H = H 0 .e −λt = K0 = λ.N
b) Độ phóng xạ: ;
2
Trong đó: H : Độ phóng xạ tại thời điểm t H 0 : Độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu.
;
1Ci = 3.10 7 Bq
_ Đơn vị: Becơren (Bq) hoặc Curi (Ci) với: 1Bq = 1 phân rã/s ;
*) Chú ý: Khi giải bài tập về độ phóng xạ. Nếu sử dụng các công thức H 0 = λ.N 0 và H = λ.N thì thời gian
phải đổi ra giây (s).
9. Các định luật bảo toàn
Z1 X + Z 2 B → Z 3 Y + Z 4 C
A3
A1 A2 A4
Cho phương trình phản ứng hạt nhân:
Z1 + Z 2 = Z 3 + Z 4
a) Định luật bảo toàn điện tích:
A1 + A2 = A3 + A4
b) Định luật bảo toàn số khối:
c) Định luật bảo toàn động lượng: ∑ P = ∑ P ' ⇔ m X v X + mB vB = mY vY + mC vC
Tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau phản ứng với P = mv
Lưu ý: Nếu hạt nhân đứng yên thì: v=0⇒ P=0
d) Định luật bảo toàn năng lượng: E = E ' (Tổng năng lượng trước và sau phản ứng bằng nhau)
Năng lượng gồm có 2 phần: Năng lượng nghỉ và động năng. Vì vậy, tổng năng lượng bằng tổng năng lượng
nghỉ các hạt cộng tổng động năng các hạt. Năng lượng nghỉ các hạt được tính theo hệ thức Anhxtanh:
mv 2
En = mc 2 . Động năng được tính theo công thức: W = . Do đó:
2
2
Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng


E = E ' ⇔ m X c + mB c + WX + WB = mY c + mC c + WY + WC ⇔ m0 c + WX + WB = mc + WY + WC
2 2 2 2 2 2


Lưu ý: Nếu hạt nhân đứng yên thì v = 0 ⇒ W = 0
10. Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng
mv 2 m 2 v 2
Do W = = ⇒ m 2 v 2 = 2mW ⇔ P 2 = 2mW
2 2m
11. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
a) Phản ứng phân hạch.
_ ĐN: Phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân khi một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn có khối
lượng cùng cỡ.
_ Đặc điểm của phản ứng phân hạch:
Sau mỗi phản ứng đều có hơn 2 nơtron được giải phóng ra, và mỗi phản ứng phân hạch đều giải phóng ra
năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân.
b) Phản ứng nhiệt hạch.
_ ĐN: Là sự tổng hợp hai hạt rất nhẹ (có số khối A
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản