Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử trình bày về cấu trúc hạt nhân, sự tương tác giữa proton và nơtron, đồng vị của các nguyên tố, spin hạt nhân, lực hạt nhân, momen từ hạt nhân, khối lượng và năng lượng liên kết của hạt nhân, tương tác hạt nhân, sự phóng xạ của hạt nhân, phản ứng dây chuyền và điều kiện duy trì phản ứng dây chuyền.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử

Chương 2 HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 2.1. Cấu trúc hạt nhân Năm 1909 Rutherford tìm ra proton và năm đã đưa ra mẫu hành tinh nguyên tử mới n sát sự tán xạ của các hạt ỏ qua lá vàng m đã khám phá được rằng: toàn bộ điện rằng: ơng của nguyên tố và hầu như toàn bộ khối lư yên tử tập trung trong một vùng nhỏ tại yên tử gọi là hạt nhân nguyên tử, còn các điệ tử, quay xung quanh theo các quỹ đạo xác
ơtron năm 1932, o dựa trên hệ thức Heisenberg, vào 4 xác định mẫu gồm hai loại hạt à notron, có tên g là nuclon. James Chadwick We Heisenberg
à hạt mang điện tích dương, bằng điện tích của electron e 19C, có khối lượng là mp = 0-27 kg. à một hạt trung hoà về điện, ượng lớn hơn khối lượng ột chút, cụ thể là 48.10-27 kg. ể tích của hạt nhân nguyên tử chỉ vào khoảng 10 10-14 tích nguyên tử, nhưng do khối lượng của electron rấ : me = 9,1095.10-31 kg nên khối lượng của nguyên 31 ại chủ yếu tập trung ở hạt nhân nguyên tử.
ton trong hạt ằng số thứ tự nguyên tử Notron ệ thống tuần Proton Menđeleev. Electron c gọi là số điện y nguyên tử số. ng số các nuclon trong hạt nhân gọi là số khối lượng ậy: A = Z + N trong đó N là số nơtron. ân nguyên tử được ký hiệu bằng ZXA, trong đó X là uyên tử tương ứng. Ví dụ hạt nhân liti: 3Li7 có 3 prot
Sự tương tác giữa các proton và nơtron tuân ao đổi hạt mezon. Có ba loại hạt mezon là: ó điện tích bằng điện tích proton, điện tích bằng điện tích electron hạt không mang điện. Khối lượng của ba hạt trên bằng cỡ 200 - 30 ượng electron tức là khoảng 0,25.10 0,25.10-27kg. Sụ tương tác giữa các proton và nơtron thực
hả ộ+ thành nơtron: p ộ+ n ấp thu ộ- thành nơtron: p + ộ- n ú thể cho ra ộ0 và proton khỏc: p ộ0, + p hả ộ- thành proton: n ộ- p Nơ ành proton: n+ ộ ộ+ p ú thể cho ra ộ0 và nơtron khỏc: n ộ0, n ON-loại hạt sơ cấp không bền. Có 3 loại mezo loại n muy, mezon pi và mezon k. Các mezon tạo từ một cặp quac và phản quac. Mezon ƒđ đư ll tìm thấy vào năm 1947.
o hệ thức bất định về năng lượng ta có:  34 h 1,05 .10 h  t  2   27 16  0 , 46 m X .C 0 , 25 .10 .9 .10 g đó: h là hằng số Planck t là thời gian sống của hạt mezon. t g thời gian sống đó hạt mezon đi được một đoạn: L = 0,466.10-23(s)3.108(m/s) = 1,399.10 23(s)3.108(m/s) 1,399.10-15m. á trị này cũng gần bằng bán kính của hạt nhân, cho L đôi khi còn được gọi là bán kính điện bởi nó xác đ
Đồng vị của các nguyên tố ồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên học nhưng có khối lượng khác nhau. Hạt nhâ đồng vị có cùng số proton Z nhưng có số nơtr nhau. ụ: hyđro có ba đồng vị là: 1H1, 1D2, 1T3. Các của ba đồng vị của hyđro đều có 1 proton nh o thường 1H1 có nơtron, đơteri 1D2 có 1 nơt T3 có 2 nơtron. bon có bẩy đồng vị là: 6C10(T1/2=19,1s), 6C1 2=20,4phỳt), 6C12(98,892%), 6C13 (1,108%)
Đồng vị phóng xạ là đồng vị không bền vữ a các nguyên tố có tính phóng xạ. Trong thiên nhiên có chừng 50 đồng vị phó tự nhiên nằm trong các họ phóng xạ, mà đồn ởi đầu là các hạt nhân U235, U238, Th232 và 237 có chu kỳ bán rã rất lớn và tận cùng là cá nhân bền Pb206, Pb207, Pb298 và Bi209. Ngoài ra người ta có thể tạo ra hàng nghì
ạt nhân như một đặc trưng lượng tử của hạt nhân, c ương tự như momen động lượng của một vật quay. yển động trong hạt nhân, các nuclon còn tự quay qu ân nên chúng có spin kí hiệu là S, giá trị spin của nuc /2. cũng có momen xung lượng quỹ đạo vì nó chuyển uanh hạt nhân: L = [r. P]. Nếu tổng hợp hai chuyển động trên nuclon chuyển đ hạt nhân sẽ có momen xung lượng toàn phần là: J = Li + Si
xung lượng của từng nuclon:  A  J  i 1 Ji c gọi là momen spin của các hạt nhân. cơ học lượng tử người ta chứng minh là trị riêng củ  J  j ( j  1) h gọi là lượng tử spin của hạt nhân hay gọi tắt là Spin hẵn thì spin là số nguyên 1, 2, 3 ...
Lực hạt nhân Hạt nhân tồn tại được là do lực hạt nhân liên kết cá lon trong một miền nhỏ không gian. Các nuclon tác d nhau bằng hai lực chính. Một là lực đẩy tĩnh điện Cu a các proton với nhau. Loại lực thứ hai là một lực hú nh giữa các nuclon. Đó là một loại lực cho đến nay ta a gặp. Lực này tồn tại cả giữa notron và prton nên ng thể là lực tĩnh điện hoặc lực từ vì nếu là lực từ th hỉ là lực hút đối với một số hướng tương đối nào đó hạt mà không phải với mọi điều kiện như thử nghiệm ng tỏ. Lực này lại rất mạnh nên không thể là lực hấp ười ta gọi lực này là lực hạt nhân. Lực hạt nhân là lực trao đổi:
men từ hạt nhân nguyên lý Pauli, hạt nhân có từ riêng ứng với momen spin nên nó sẽ tác dụng với từ ạo ra do sự chuyển động ctron ở lớp vỏ, làm sinh ra ợng phụ E của electron ở Pru ơng tỏc với từ trường được tạo ra do sự chuyển độ tron ở lớp vỏ nờn năng lượng phụ E phụ thuộc và en từ hạt nhõn và sự định hướng của từ trường hạt
men từ của hạt nhân bằng tổng momen từ Sp ất cả hạt nuclon cộng với tổng momen từ quỹ ác proton:  Z  (P) Z  (P) A Z  (n)    i 1 Li   i 1 Si   i 1 Si hạng thứ nhất ở vế phải của biểu thức trên là en từ quỹ đạo của các proton thứ i. Số hạng vế phải của biểu thức trên là tổng momen từ ác proton thứ i. Số hạng thứ ba ở vế phải của
n và momen từ hạt nhâ ân: Tên hạt Spin µn Proton 1/2 2,97 Nơtron 1/2 -1,91 H2 1 0,86 He3 1/2 -2,13 Al27 5/2 3,65 Si29 1/2 -0,55 K40 4 -1,30 Zr91 5/2 -1,29
hạt nhõn: hối lượng có liên hệ với nănglượng n ng thức: E = m.c2 đôi khi người ta biểu diễn đơn vị i ối lượng là đơn vị của năng lượng ụ: khối lượng của electron là:2  31  31 16  15 kg  E  9,1.10 kg.9.10 ( m / s )  81,910 j  0,5M ượng của một đơn vị khối lượng nguy tử: nguyên  27  11
có giá trị không đổi là NA = 6,022.1023. thể dùng số mol để tính đơn vị khối lượng nguyên tử ột chất: 3 1 12 . 10 kg  27 u 23  1, 66 . 10 kg . 12 6 , 022 . 10 hối lượng và năng lượng tương ứng của vài hạt nhâ Khối lượng tính Khối lượng Nă theo u (10-27 kg) 1,007276 1,6724 9 1,008665 1,6743 9
ạt nhân được hình thành thì luôn luôn nhỏ hơn khối l ng các nuclon riêng lẻ tạo nên hạt nhân đó. Sự sai l ượng đó gọi là độ hụt khối lượng m:  m  Zm p  ( A  Z ) m n  M đó M là khối lượng của hạt nhân mới hình thành. Ðiều này được giải thích như sau: các nuclon kết hợp lại thành một hạt nhân, nó cần ăng lượng để kết dính các nuclon. Năng lượng này lượng liên kết. Ðể tạo ra năng lượng liên kết một ph ượng của các nuclon thành phần tham gia kết dính s
 E   m .c   Zm p  ( A  Z ) m n   M c 2  . 2 ăng lượng liên kết của 8016 là: E = [ 8Mp + 8Mn - M(8016)].c2 ược lại, từ một hạt nhân muốn phân nó ra thành các phần, ta phải cung cấp một năng lượng E đúng bằng iên kết. so sánh độ bền vững của từng hạt nhân ta cần tính n iên kết riêng đối với một nuclon và ta gọi nó là năng  E