Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
1

CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ HẠT NHÂN
    
Phần I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT
§ 1.CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
ĐỘ HỤT KHỐI
I. CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
1. Cấu hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân được cấu tạo bởi hai loại hạt sơ cấp gọi là nuclon gồm:
Prôtôn: ki hiệu Hp
1
1

m
p
=
27
10.67262,1

kg , điện tích : +e .
Nơtrôn: kí hiệu
1
0
n n
 ,
m
n
=

), nhưng khác số nơtrôn (N) hay số
nuclôn (A).
Ví dụ: Hidrô có ba đồng vị
1 2 2 3 3
1 1 1 1 1
; ( ) ; ( )
H H D H T

+ đồng vị bền : trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại này .
+ đồng vị phóng xạ ( không bền) : có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo .
3.Đơn vị khối lượng nguyên tử
-
u
: có giá trị bằng
1/12
khối lượng đồng vị cacbon
12
6
C

-
27 2 13
1 1,66058.10 931,5 / ; 1 1,6.10
u kg MeV c MeV J
 
  

II. ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN
1. Lực hạt nhân


1
+ Wđ
2
+ m
1
.c
2
+ m
2
.c
2
= Wđ
3
+ Wđ
4
+ m
3
.c
2
+ m
4
.c
2
- Liên hệ giữa động lượng và động năng
2
2
d
P mW

hay


- Trong trường hợp
( ) ; ( )
m u W MeV
:
5,931)(5,931)(
00
mmmmW 

o Nếu m
0
> m:
0
W

: phản ứng tỏa năng lượng
o Nếu m
0
< m :
0
W

: phản ứng thu năng lượng § 3. PHÓNG XẠ
I. PHÓNG XẠ
Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành các
hạt nhân khác.
II. CÁC TIA PHÓNG XẠ

N
N
A
m
n
A

N
A
= 6,023.10
23
nguyên tử/mol
IV. ỨNG CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
- Theo dõi quá trình vận chuyển chất trong cây bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu.
- Dùng phóng xạ

tìm khuyết tật trong sản phẩm đúc, bảo quản thực phẩm, chữa bệnh ung thư …
- Xác định tuổi cổ vật.

§ 4. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH - PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
I. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
1. Phản ứng phân hạch
Phản ứng phân hạch là một hạt nhân rất nặng như Urani (
235
92
U
) hấp thụ một nơtrôn chậm sẽ vỡ thành hai hạt
nhân trung bình, cùng với một vài nơtrôn mới sinh ra.
1 2

o Ngoài ra khối lượng
235
92
U
phải đạt tới giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn
th
m
.
3. Nhà điện nguyên từ
Bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân.
II. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
1. Phản ứng nhiệt hạch
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn.
2 2 3 1
1 1 2 0
3,25
H H H n Mev
   
2. Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
7

Vận dụng công thức độ hụt khối từ đó tinh năng lương liên kết :

. . .931,5 .931,5
lk p n hn
W Z m N m m m
 
    

A
W
lk
MeV/nuclon.
Bước 2 : So sánh năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân với nhau : hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng
lớn thì càng bền vững .
Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 trong bảng HTTH thường bền hơn các nguyên tử của các hạt nhân còn lại .
Bài 1: Hạt nhân Be
10
4
có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrôn (nơtron) m
n
= 1,0087u, khối lượng của
prôtôn (prôton) m
P
= 1,0073u, 1u = 931 MeV/c
2
. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 là Be
10
4

A. 0,6321 MeV. B. 63,2152 MeV. C. 6,3215 MeV. D. 632,1531 MeV.
Giải
- Năng lượng liên kết của hạt nhân Be
10
4
là :
W
lk
= Δm.c

1
? Cho m
p
= 1,0073u, m
n
= 1,0087u, m
D
= 2,0136u; 1u = 931
MeV/c
2
.
A) 2,431 MeV. B) 1,122 MeV. C) 1,243 MeV. D)2,234MeV.
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
9

Tóm tắt: Giải
;000,12 um
C
 C12  3 He
;0015,4 um 

Năng lượng phá vở một hạt C12 thành 3 hạt He
umum
np
0087,1;0073,1 W = ( m
rời
- m
hn
)c

23
mol
-1
, khối lượng mol của hạt nhân urani U
238
92
là 238 gam / mol.
Số nơtron trong 119 gam urani U
238
92
là :
A.
25
10.2,2 hạt B.
25
10.2,1
hạt C
25
10.8,8
hạt D.
25
10.4,4 hạt
Giải
- Số hạt nhân có trong 119 gam urani U
238
92
là :
N =
A
N



T
t
mm
= 0,78 gam .


Chọn đáp án B.
Bài 2 :Một lượng chất phóng xạ có khối lượng ban đầu là
0
m
. Sau 5 chu kì bán rã khối lượng chất phóng xạ còn
lại là bao nhiêu?
A.m= m
0
/5 B.m = m
0
/8 C. m = m
0
/32 D. m = m
0
/10
Giải :
t = 5T
Sau t = 5T khối lượng chất phóng xạ còn lại là

32
2.2.
0

0
0

8
1
2
3
0


m
m
= 12,5%


Chọn đáp án : C.
Bài 4 : Một chất phóng xạ ban đầu có N
0
hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân
rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là
A.

N
0
/6 B. N
0
/16. C. N
0
/9. D. N
0



%12,971
0
3,71
2ln.365



e
m
m
.
Hoặc Δm =
)21(
00
T
t
mmm









T
t

N
N
NNN
N
N

Loại 3 : Xác định khối lượng của hạt nhân con :
- Cho phân rã : YX
B
Z
A
Z '
 + tia phóng xạ . Biết m
0
, T của hạt nhân mẹ.
Ta có : 1 hạt nhân mẹ phân rã thì sẽ có 1 hạt nhân con tao thành.
Do đó : ΔN
X
(phóng xạ) = N
Y
(tạo thành)
Số mol chất bị phân rã bằng số mol chất tạo thành
Y
X
X
n
A
m
n 


m
con
=
con
me
me
A
A
m
.

= g144,0206.
210
147,0

Loại 4: Xác định chu kì bán rã T:
a) Cho m & m
0
( hoặc N & N
0
) hay H&H
0
:
- Biết sau thời gian t thì mẫu vật có tỉ lệ m/m
0
( hay N/N
0
) . Tìm chu kì bán rã T của mẫu vật ?
Nếu
0

m
T
t
m

 2.
0












0
2
0
log2
m
m
T
t
m
m
T

N
N
T
t
 T=….
H
T
t
H

 2.
0












0
2
0
log2
H
H

T
t
 . =
4
12
= 3 năm
Chon đáp án A. 3 năm

Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
17

t
1
: H
1
= 3,7.10
10
Bq Ta có
T
t
HH

 2.
0


0
2
H

T
T
t
ngày
t
2
: H
2
= 9,25.10
9
Bq
T = ?
Bài 2 : Magiê Mg
27
12
phóng xạ với chu kì bán rã là T, lúc t
1
độ phóng xạ của một mẫu magie là 2,4.10
6
Bq. Vào
lúc t
2
độ phóng xạ của mẫu magiê đó là 8.10
5
Bq. Số hạt nhân bị phân rã từ thời điểm t
1
đến thời điểm t
2
là
13,85.10

0
– H = (N
0
– N)
N= 13,85.10
8
HHN
T

0
.
2ln
sN
HH
T 600.
2ln
0


 = 10 phút
T = ?
Loại 5: Xác định thời gian phóng xạ , tuổi thọ vật chất.
Tương tự như dạng 4 :
Lưu ý : các đại lượng m & m
0
, N & N
0
, H –&H
0
phải cùng đơn vị

t


t = 2T.


Chọn đáp án : A
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
19

hạt α ≡
4
2
He , hạt nơtron ≡
1
0
n , hạt proton ≡
1
1
p , tia β
─
≡
0
1
e , tia β
+
≡
0
1.

1
0
n D.
1
1
p

Giải
Xác định hạt α có Z= ? và A= ? . α ≡
4
2
He
áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích.
Khi đó suy ra : X có điện tích Z = 2+ 4 – 5 =1
và số khối A = 4 + 8 – 10 = 2.
Vậy X là hạt nhân
2
1
D đồng vị phóng xạ của H.


Chọn đáp án B.
Bài 2. Trong phản ứng sau đây : n +
235
92
U →
95
42
Mo +
139













4
6
82
6
88290).1(2
24208232.04
y
x
yx
x
yx
yx
.
Vậy có 6 hạt α và 4 hạt β
–
.

Chọn đáp án : D.

0
– M ).c
2
MeV. (3.1)
o Suy ra năng lượng toả ra trong m gam phân hạch (hay nhiệt hạch ) :
E = Q.N = Q.
A
N
A
m
. MeV
Bài 1:
235
92
U +
1
0
n →
95
42
Mo +
139
57
La +2
1
0
n + 7e
-
là một phản ứng phân hạch của Urani 235. Biết khối lượng
hạt nhân : m

H
+ Δm
T
)
.
c
2
= 17,498 MeV


Chọn đáp án : B
Bài 3: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân
234
92
U
phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri
230
90
Th
. Cho các
năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của
234
U là 7,63 MeV, của
230
Th là 7,7 MeV.
A. 10,82 MeV. B. 13,98 MeV. C. 11,51 MeV. D. 17,24 MeV.
Tóm tắt Giải
W
r
= 7,1 MeV Đây là bài toán tính năng lượng toả ra của một phân rã

lk U
= 13,98 MeV


Chọn đáp án : B
Bài 4:Cho phản ứng hạt nhân sau: MeVnHeHH 25,3
1
0
4
2
2
1
2
1

Biết độ hụt khối của H
2
1
là
2
/93110024,0 cMeVuvàum
D
 . Năng lượng liên kết hạt nhân He
4
2
là
A. 7,7188 MeV B. 77,188 MeV C. 771,88 MeV D. 7,7188 eV
Tóm tắt: Giải
um
D

Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
25

- Ta có năng lượng của phản ứng hạt nhân trên là :
E = ( M
0
– M ).c
2
= ( m
Na
+ m
He
─ m
Ne
─ m
D
)c
2
= 2,3275 MeV> 0
đây là phản ứng toả năng lượng .


Chọn đáp án B.

Bài 2 : Cho phản ứng hạt nhân: nArHCl
1
0
37
18

= 1,007276u
m
Ar
=36,956889u
1u = 931MeV/c
2
E ?

Loại 3. Động năng và vận tốc của các hạt trong phản ứng hạt nhân .
- Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D .
a) Khi biết khối lượng đầy đủ của các chất tham gia phản ứng .
- Ta sẽ áp dụng định luật bảo toàn năng lượng :
M
0
c
2

+ K
A
+K
B
= Mc
2
+ K
C
+K
D
E = (M
0
– M )c

Website http://truongthanh85.violet.vn. ĐT: 0974.810.957
27

Vận tốc của mổi hạt α là: v =
0015,4.931
2

W
c =2,2.10
7
m/s.

Chọn đáp án B.

Bài 3: Một nơtơron có động năng W
n
= 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản ứng:

1
0
n +
6
3
Li → X+
4
2
He .
Biết hạt nhân He bay ra vuông góc với hạt nhân X. Động năng của hạt nhân X và He lần lượt là :?
Cho m
n

XHen
PPP 


2m
n
W
n
= 2m
He
.W
He
+ 2m
x
W
x
(1)
- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng :Q =W
x
+W
He
─W
n
= -0,8 (2)
Từ (1),(2) ta có hệ phương trình:




