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:
+ Prôtôn (p) có khối lượng:
ukgm
p
0073,110.67262,1
27
==
−
mang điện tích dương.
+ Nơtrôn (n) có khối lượng:
ukgm
n
0087,110.67493,1
27
==
−
không mang điện.
 Kí hiệu:
X
A
Z
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 ) ; A = Z + N với N: số notron trong hạt nhân.
2. Đồng vị
_ ĐN: Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton Z nhưng có số Notron khác nhau.

2
mcE =
với: m : khối lượng của hạt nhân; E: năng lượng nghỉ của hạt nhân.
5. Độ hụt khối: Khối lượng m của hạt nhân
X
A
Z
bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclon tạo thành hạt
nhân một lượng:
mNmZmmmm
np
−−=−=∆ ][
0
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.
2
mcW
lk
∆=
Với
:m∆
độ hụt khối; c: vận tốc ánh sáng
_ Đơn vị năng lượng: Jun (J) hoặc MeV.
*) Chú ý:
_ Nếu đơn vị của
lk
W
là MeV thì
m∆

W
W
lk
lkr
=
_
lkr
W
đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có
lkr
W
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.
 Tia
Anpha
(
)
α
:
1
Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng
• Là các hạt nhân của nguyên tử
He
4
2
được phóng ra từ hạt nhân nguyên tử với
smv /10.2

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

==
−
λ
;
A
m
NN
A
0
0
.=
;
TT
693,02ln
==
λ
:
0
N
Số hạt nhân ban đầu ( hạt ) ;
:N
Số hạt nhân tại thời điểm t ( hạt )
:
0
m
Khối lượng ban đầu của hạt nhân (g) ;
:m
Khối lượng của hạt nhân tại thời điểm t (g)
:t
Thời gian (giây, giờ, ngày, tháng, năm );

0
0
λ
λ
===
−
;
00
.NH
λ
=
Trong đó: H : Độ phóng xạ tại thời điểm t ; H
0
: Độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu.
_ Đơn vị: Becơren (Bq) hoặc Curi (Ci) với: 1Bq = 1 phân rã/s ;
BqCi
7
10.31 =
*) Chú ý: Khi giải bài tập về độ phóng xạ. Nếu sử dụng các công thức
00
.NH
λ
=
và
NH .
λ
=
thì thời gian phải
đổi ra giây (s).
9. Các định luật bảo toàn

vmP =
Lưu ý: Nếu hạt nhân đứng yên thì:
00 =⇒= Pv
d) Định luật bảo toàn năng lượng:
'EE =
(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:
2
mcE
n
=
. Động
năng được tính theo công thức:
2
2
mv
W =
. Do đó:
2
Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng
'EE =
CYBXCYCYBXBX
WWmcWWcmWWcmcmWWcmcm ++=++⇔+++=+++⇔
22
0
2222
Lưu ý: Nếu hạt nhân đứng yên thì
00 =⇒= Wv
10. Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng

,,,,,,
00
HHTtNN
λ
_ Ta chỉ việc sử dụng các công thức trong định luật phóng xạ để suy ra các yếu tố cần tìm.
Lưu ý:
+ Số hạt nhân bị phân rã sau khoảng thời gian t :
NNN −=∆
0
+ Độ giảm % được tính theo công thức :
%100.
0
0
X
XX −
( X có thể là m, H, …)
+ Khi tính
0
; HH
theo các công thức:
00
.;. NHNH
λλ
==
thì thời gian “t” bắt buộc phải đổi ra đơn vị là giây ( vì
đơn vị của
0
; HH
là Bq, tức: phân rã/s )
Dạng 4: Tính tuổi của mẫu vật. ( tức tính “t”)

2
])[( cmNmZmWW
nplkt
−+==
_ Trong bài toán có phương trình phân rã:
2
0
)( cmmEW
t
−=∆=

Với: +
0
m
: khối lượng của hạt nhân phát phóng xạ + m: tổng khối lượng các hạt sau phản ứng.
Hoặc, tính năng lượng tỏa ra dựa vào tổng động năng các hạt sinh ra:
YXt
WWEW +=∆=
3
Chuyên đề: Vật lý hạt nhân Nguyễn Phú Hùng
( chứng minh trong dạng 6) với X, Y là các hạt nhân sinh ra.
*) Chú ý:
Trong bài tập tính năng lượng tỏa ra khi tạo thành “m” gam hay “V” lít ( v v…) thì ta cần tính xem trong “m”
gam hay “V” lít chất mà ta đang xét có bao nhiêu nguyên tử chất đó (N).
+ Nếu tạo thành “m” gam chất đó thì ta tính N dựa vào C.Thức:
A
m
NN
A
.=

vmvm
B
B
BB
−=⇔+=⇔ 0
KL: _ Dấu ( - ) thể hiện 2 hạt bay ra sau phản ứng cùng phương nhưng ngược hướng nhau.
_ Khối lượng và vận tốc của các hạt sinh về mặt trị số có mối quan hệ tỉ lệ nghịch:
α
α
v
v
m
m
B
B
=
(1)
b) Xét tỉ số:
2
2
BBB
vm
vm
W
W
ααα
=
(2)
_ Nếu các hạt sinh ra bay ra cùng vận tốc thì:
BB

BBBABBA
WWmcWWcmmmWWcmcmcmEE +=∆⇔+=+−⇔+++=+⇔=
ααααα
22222
)]([0'
B
WWE +=∆⇒
α
→
KL: Năng lượng tỏa ra bằng tổng động năng các hạt sinh ra.
Loại 2: Phản ứng:
DCBA +→+
Dạng 1: Viết phương trình phản ứng hạt nhân
_ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối
⇒
A và Z của hạt nhân con chưa biết. Từ Z tìm được tra bảng
tuần hoàn hóa học xác định được hạt nhân con
→
Viết phương trình PƯ đầy đủ.
_ Chú ý: Nếu phản ứng có kèm theo phóng xạ
γ
thì khi viết PTPƯ:
+ Ta thay
hf=
γ
+ Khi A/Dụng các định luật bảo toàn để tìm A và Z thì ta không xét đến Z và A của tia
γ
.
Dạng 2: Tính năng lượng tỏa ra hoặc thu vào của PƯ hạt nhân
Cách 1:

( Bài toán bắn đạn A vào bia B đứng yên
→
sinh ra 2 hạt nhân mới là C và D )
Ta có thể phải sử dụng đến các cách phân tích sau:
a) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
DDCCBAADDCCBBAADCBA
vmvmmvmvmvmvmvmPPPP +=+⇔+=+⇔+=+ 0
DDCCAA
vmvmvm +=⇔
_ Nếu 2 hạt bay ra cùng vận tốc ta có:
vmmvm
DCAA
)( +=
b) Xét tỉ số:
2
2
DD
CC
D
C
vm
vm
W
W
=
; Nếu 2 hạt bay ra cùng vận tốc thì:
D
C
D
C

DCADCDCBABA
WWmcWcmWWcmcmWWcmcmEE ++=++⇔+++=+++⇔=
22
0
2222
0)()('
DCA
WWmcWcm ++=+⇔
22
0
_ Nếu PƯ tỏa năng lượng, ta có:
2
0
2
)( cmmmcE −=∆=∆
ADC
WWW −+=
_ Nếu PƯ thu năng lượng, ta có:
2
0
2
)( cmmmcE −=∆=∆
)(
DCA
WWW +−=
DCA
WWEW ++∆=⇒
⇒
Động năng của đạn bắn vào bằng năng lượng thu vào của PƯ cộng với tổng động năng 2 hạt sinh ra.
d) Nếu các hạt nhân sinh ra và đạn bắn vào tạo ra góc

m
, C có khối lượng
2
m
, và A có khối lượng
m
thì ta có:
mkmxkmx .).(.
21
=−+
.
Tỷ lệ đồng vị B và C có trong nguyên tử A tự nhiên là:
%100.
k
x
và
%100.
k
xk −
5