Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Lực hạt nhân

  • Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).
  • Kết luận:
    • Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh.
    • Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (\(10^{-15}m\))

2.2. Năng lượng liên kết của hạt nhân

a. Độ hụt khối

  • Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.
  • Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu Δm

 \(\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}\)

  • Trong đó:
    • \(m_p\) là khối lượng proton.
    • \(m_n\) là khối lượng notron.
    • \(m_X\) là khối lượng hạt nhân \(_{Z}^{A}\textrm{X}\)

b. Năng lượng liên kết

  • Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số \(c^2\):

\(W_{lk}=\Delta mc^2=[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}].c^2\)

  • Năng lượng liên kết hạt nhân còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân

c. Năng lượng liên kết riêng

  • Năng lượng liên kết riêng (Wlkr) là năng lượng kiên kết tính cho 1 nuclôn

\(\Rightarrow W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}]}{A}\)

  • Để so sánh tính bền vững của hạt nhân ta dựa vào Năng Lượng liên kết riêng ⇒ Hạt nhân có Năng Lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững (các hạt nhân có 50 < A < 80 gọi là các hạt nhân trung bình ⇒ rất bền vững)

2.3. Phản ứng hạt nhân

a. Định nghĩa và đặc tính

  • Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.
  • Phản ứng hạt nhân tự phát
    • Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.
  • Phản ứng hạt nhân kích thích
    • Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.
  • Đặc tính:
    • Biến đổi các hạt nhân.
    • Biến đổi các nguyên tố.
    • Không bảo toàn khối lượng nghỉ.

b. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

  • Bảo toàn điện tích.
  • Boả toàn số nuclôn (bảo toàn số A).
  • Bảo toàn năng lượng toàn phần.
  • Bảo toàn động lượng.

c. Năng lượng phản ứng hạt nhân

  • Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (mtrước – \(m_{_{sau}}\))\(.c^2\)

• Nếu Q > 0 → phản ứng toả năng lượng.

• Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng

Bài tập minh họa



Bài 1:

Cho mHe = 40015u, mp = 1,0073u, mn = 1,0087u. Tìm năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân \(_{2}^{4}\textrm{He}\)Lấy \(1u=931,5 \ \frac{MeV}{c^2}\)

Hướng dẫn giải:

\(W_{lk}=[2.1,0073+2.1,0087-4,0015].uc^2\)

\(= (2.1,0073+2.1,0087-4,0015). 931,5\)

\(\Rightarrow W_{lk}=28,41 \ (MeV)\)

Bài 2:

Cho năng lượng liên kết của \(_{2}^{4}\textrm{He}\) và \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) lần lượt là 28,41 MeV và 492 MeV. Hạt nhân nào bền hơn?

Hướng dẫn giải:

 

\(W_{lkr \ (He)}= \frac{28,41}{4}=7,1\) Mev/Nuclôn

\(W_{lkr \ (Fe)}= \frac{492}{56}= 8,8\) Mev/Nuclôn

⇒ Hạt nhân \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) bền hơn \(_{2}^{4}\textrm{He}\)