Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website . 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
nn

,



(m)

2.Đồng vị
Những nguyên tử đồng vị là những nguyên tử có cùng số prôtôn (
Z
), 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

X

Khối lượng hạt nhân
hn
m
luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng
m

.
. ( ).
p N hn
m Z m A Z m m

    


3. Năng lượng liên kết
lk
W
của hạt nhân
A
Z
X

- Năng liên kêt Là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt
nhân thành các nuclôn riêng biệt).
o Khi đơn vị của:
     
;
lk p n hn

1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
A A A A
Z Z Z Z
X X X X
  
hay A + B → C + D.

- Có hai loại phản ứng hạt nhân
o Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác (phóng xạ)
o Phản ứng tương tác giữa các hạt nhân với nhau dẫn đến sự biến đổi thành các hạt nhân khác.
Chú ý: Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân
Prôtôn (
11
11
pH

) ; Nơtrôn (
1
0
n
) ; Heli (
44
22
He 

) ; Electrôn (
0
1


3. Định luật bảo toàn động lượng:


sPP
t
4. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần
WsW
t


Chú ý:
- Năng lượng toàn phần của một hạt nhân: gồm năng lượng nghỉ và năng lượng thông thường ( động năng)

22
1
2
W mc mv


- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần có thể viết:
Wđ
1
+ Wđ
2
+ m
1

m
III. NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
m
0
= m
1
+m
2
và m = m
3
+ m
4

- Trong trường hợp
( ) ; ( )
m kg W J
:

2
0
2
0
)()(
cmmcmmW

(J)


hạt nhân khác.
II. CÁC TIA PHÓNG XẠ
1.1 Các phương trình phóng xạ:
- Phóng xạ
4
2
()
He
: hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn.
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website . ĐT: 0974.810.957
4
44
22
AA
ZZ
X He Y




- Phóng xạ
0
1
()
e


: hạt nhân con tiến một ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn.
0

XX


1.2. Bản chất và tính chất của các loại tia phóng xạ
Loại Tia
Bản Chất
Tính Chất
()
o Là dòng hạt nhân nguyên tử Heli (
4
2
He
),
chuyển động với vận tốc cỡ 2.10
7
m/s.
o Ion hoá rất mạnh.
o Đâm xuyên yếu.
(
-
)
o Là dòng hạt êlectron
0
1
()
e

, vận tốc
c


(đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ)

3. Định luật phóng xạ
Số hạt (N)
Khối lượng (m)
Độ phóng xạ (H)
10
(1 3,7.10 )
Ci Bq


Trong quá trình phân rã,
số
hạt
nhân phóng xạ giảm theo
thời gian tuân theo định luật
hàm số mũ.
Trong quá trình phân rã,
khối lượng
hạt nhân phóng xạ
giảm theo thời gian tuân theo
định luật hàm số mũ.
- Đại lượng đặc trưng cho
tính phóng xạ mạnh hay yếu
của chất phóng xạ.
- Số phân rã trong một giây.
( ) 0 0
.2 .
t
t



HN


o
0
N
: số hạt nhân phóng xạ
o
0
m
: khối lượng phóng xạ ở
o
0
H
: độ phóng xạ ở thời
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website . ĐT: 0974.810.957
5
ở thời điểm ban đầu.
o
()
t
N
: số hạt nhân phóng xạ
còn lại sau thời gian
t
.
thời điểm ban đầu.

= 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.
12
12
235 1 236 1
92 0 92 0
200
AA
ZZ
U n U X X k n MeV
     


.
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.
Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12. Biên soạn: Trương Văn Thanh
Website . ĐT: 0974.810.957
6
2 2 3 1
1 1 2 0
3,25
H H H n Mev
   2. Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch
- Nhiệt độ cao khoảng từ 50 triệu độ tới 100 triệu độ.
- Hỗn hợp nhiên liệu phải “giam hãm” trong một khoảng không gian rất nhỏ.

3. Năng lượng nhiệt hạch
- Tuy một phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng ít hơn một phản ứng phân hạch nhưng nếu tính theo khối lượng
nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa ra năng lượng lớn hơn.
- Nhiên liệu nhiệt hạch có thể coi là vô tận trong thiên nhiên: đó là đơteri, triti rất nhiều trong nước sông và
biển.
- Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch sạch so với phản ứng phân hạch vì không có bức xạ hay cặn bã phóng
xạ làm ô nhiễm môi trường.

Phần II: BÀI TẬP ÁP DỤNG

11
gồm : Z= 11 , A = 23  N = A – Z = 12

Đáp án:
:
Na
23
11
: 11 proton ; 12 nơtron

Bài 2 : Khối lượng của hạt
10
4
Be
là m
Be
= 10,01134u, khối lượng của nơtron là m
N
= 1,0087u, khối lượng của
proton là m
P
= 1,0073u. Tính độ hụt khối của hạt nhân
10
4
Be
là bao nhiêu?
- Xác định cấu tạo hạt nhân
10
4
Be

1
D
.
Xác định cấu tạo hạt nhân
2
1
D
có Z = 1proton, N = 1 notron
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

    


W
lk
= (1.1,0073+ 1.1,0087 – 2,0136).931,5
Đáp án:
W
lk
= 2,23 MeV
Bài 4 : Hạt nhân
60
27
Co
có khối lượng m
Co

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
2
= (4.m
P
+6.m
n
– m
Be
).c

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.
Giải
- Độ hụt khối của hạt nhân D :
Δm = ∑ m
p
+ ∑ m
n
─ m
D
= 1.m
p
+1.m
n
– m
D
= 0,0024 u
- Năng lượng liên kết cảu hạt nhân D là :
W
lk
= Δm.c
2

O
16
8
theo thứ tự tăng dần độ bền vững :
Câu trả lời đúng là:

A.
C
12
6
,
,
4
2
He
O
16
8
. B.
C
12
6
,
O
16
8
,
,
4
2

12
C
nhưng chú ý vì ở đây dùng đơn vị u,
mà theo định nghĩa đon vị u bằng
1/12 khối lượng đồng vị
12
C

do đó có thể lấy khối lượng
12
C là 12 u.
- Suy ra năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân là :
He : W
lk
= (2.mp + 2.mn – m α )c
2
= 28,289366 MeV

W
lk riêng
= 7,0723 MeV / nuclon.
C : W
lk
= (6.mp + 6.mn – m
C
)c
2
= 89,057598 MeV

W


. Năng lượng cần thiết tối thiểu để chia hạt nhân
C
12
6
thành ba hạt

theo đơn vị Jun là
A. 6,7.10
-13
J B. 6,7.10
-15
J C. 6,7.10
-17
J D. 6,7.10
-19
J

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

A
(hạt) . với N
A
=
123
10.022,6

mol

Khi đó : 1 hạt hạt nhân X có Z hạt p và (A – Z ) hạt n . Do đó trong N hạt hạt nhân X có :
N.Z hạt proton và (A-Z). N hạt notron.

Bài 1:
Biết số Avôgađrô là 6,02.10
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

Website . ĐT: 0974.810.957
10
- Suy ra số hạt nơtron có trong N hạt nhân urani
U
238
92
là :
(A-Z). N = ( 238 – 92 ).3,01.10
23
= 4,4.10
25
hạt


Đáp án : D
Bài 2
. Cho số Avôgađrô là 6,02.10
23
mol
-1
.
Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g Iốt
131
52
I là :
A. 3,952.10
23
hạt B. 4,595.10
23
hạt C.4.952.10





.
Số hạt nhân X còn lại sau thời gian t : N =
t
T
t
eNN
.
00
.2.




.
Công thức liên hệ :
A
m
N
N
n
A


Chú ý:
+ t và T phải đưa về cùng đơn vị .
+ m và m