Ôn tập chủ đề 7

Kí hiệu hạt nhân

\(^A_ZX\)  

Với \(X\) là các nguyên tố hóa học

Đơn vị khối lượng nguyên tử

Đơn vị khối lượng nguyên tử kí hiệu là u. Đơn vị u có giá trị bằng \(\frac{1}{12}\) khối lượng nguyên tử của đồng vị  \(^{12}_6C\)

Cụ thể: 1 u = 1,66055.10^-27 kg.

II. Năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng

Độ hụt khối

Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo thành nó.

Độ chênh lệch giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

\(\Delta m=Zm_p+\left(A-Z\right)m_n-m_X\)

Năng lượng liên kết

Đối với hạt nhân \(^A_ZX\), năng lượng liên kết là

\(W_{lk}=\left[Zm_p+\left(A-Z\right)m_n-m_X\right]c^2\)

Hay

\(W_{lk}=\Delta mc^2\)

Năng lượng liên kết riêng

\(W_{lkr}=\dfrac{W_{lk}}{A}\)

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

III. Phản ứng hạt nhân

Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

• Bảo toàn điện tích:

  \(Z_1+Z_2 = Z_3+Z_4\).

• Bảo toàn số nucleon (số khối A):

 \(A_1+A_2 = A_3+A_4\). 

• Bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ).
• Bảo toàn động năng.

Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

• Nếu \(m_t> m_s\), phản ứng tỏa năng lượng

 \(W_{tỏa}= (m_t-m_s)c^2\)

• Nếu \(m_t< m_s\), phản ứng thu năng lượng

\(W_{thu} = (m_s-m_t)c^2\)

IV. Phóng xạ

Định nghĩa

Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững. Quá trình phân rã này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ điện từ.

Các loại phóng xạ

• Phóng xạ \(\alpha\) (\(^4_2He\))
• Phóng xạ \(\beta^-\) (\(^0_{-1}e\))
• Phóng xạ \(\beta^-\) (\(^0_1e\))
• Phóng xạ \(\gamma\)

Định luật phóng xạ

Xét một mẫu phóng xạ ban đầu có \(N_0\) hạt nhân. Số hạt nhân còn lại chưa phóng xạ sau thời gian \(t\) là

  \(N (t) = N_0e^{-\lambda t}\) 

Chu kì bán rã  \(T\) là đại lượng đặc trưng cho chất phóng xạ. Cứ sau khoảng thời gian \(T\)​ thì các hạt nhân còn lại là 50% (phân rã 50%).

                               \(T=\frac{ln2}{\lambda}=\frac{0,693}{\lambda}\)                                  

\(\lambda \) được gọi là hằng số phóng xạ, cũng đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ.​

V. Phản ứng phân hạch

Định nghĩa

Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.

Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng

\(^1_0n+_{92}^{235}U\rightarrow_{92}^{236}U^{\circledast}\rightarrow_{39}^{95}Y+_{53}^{138}I+3_0^1n\)

• Phản ứng này là phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng tỏa ra được gọi là năng lượng phân hạch.
• Mỗi hạt nhận urani phân hạch tỏa ra năng lượng xấp xỉ bằng 200 MeV.

VI. Phản ứng nhiệt hạch

Định nghĩa

Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

Điều kiện thực hiện

• Hỗn hợp nhiên liệu phải được chuyển sang trạng thái plasma. 
• Phải tăng tốc các hạt nhân để chúng có động năng lớn, có thể tiếp xúc nhau. Người ta thường phải tăng nhiệt độ của hôn hợp plasma lên cỡ 100 triệu độ.
• Ngoài ra, mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn và thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao cũng phải đủ lớn. 

Năng lượng nhiệt hạch

Năng lượng tỏa ra bởi các phản ứng nhiệt hạch gọi là năng lượng nhiệt hạch.

\(^1_1H+^3_1H\rightarrow_2^4He\)

\(_1^2H+_1^2H\rightarrow_2^4He\)

\(_1^2H+_1^3H\rightarrow_2^4He+_0^1n\)

Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 g heli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 g urani, gấp 85 lần năng lượng tỏa ra khi đốt 1 tấn than.