Phần 5 : VẬT LÝ HẠT NHÂN
I. Tóm tắt lý thuyết :
35. CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
* Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ (đường kính cở 10
-14
m đến 10
-15
m), nhưng lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các
nuclôn.
Có hai loại nuclôn: prôtôn p (
1
1
p) mang điện tích nguyên tố dương, nơtrôn n (
1
o
n) không mang điện.
Kí hiệu hạt nhân là
X
A
Z
.
Một nguyên tố có số thứ tự Z trong bảng hệ thống tuần hoàn thì hạt nhân của nó có Z prôtôn và N nơtrôn.
Tổng số prôtôn và nơtrôn gọi là số khối A. Số khối: A = Z + N.
* Lực hạt nhân
Các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân liên kết với nhau bởi các lực hút rất mạnh gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân có bán kính tác dụng cở
10
-15
m.
* Đồng vò
Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn Z nhưng khác số nơtrôn N nên khác số khối A gọi là các đồng vò, chúng có cùng vò trí

23
là số nguyên tử hoặc phân tử trong 1 mol chất gọi là số Avôgrô.
+ Khối lượng của 1 mol (gồm 6,022.10
23
nguyên tử) chất đơn nguyên tử tính ra gam có trò số như trong bảng nguyên tử lượng của các
nguyên tử.
36. NĂNG LƯNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
* Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa các hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác.
Phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân vì nó làm biến đổi hạt nhân nguyên tử này thành hạt nhân nguyên tử khác. Trong
sự phóng xạ, ở vế trái chỉ có một hạt nhân gọi là hạt nhân mẹ.
* Các đònh luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Trong phản ứng hạt nhân số nuclôn (số khối A), điện tích, động lương, năng lượng (bao gồm cả năng lượng nghó và năng lượng thông
thường) của các hạt tham gia phản ứng được bảo toàn.
Trong phản ứng hạt nhân a + b → c + d ta có
Sự bảo toàn số nuclon (số khối): A
a
+ A
b
= A
c
+ A
d
.
Sự bảo toàn điện tích: Z
a
+ Z
b
= Z
c

A
Z 1
+
Y
Hạt nhân con Y tiến về phía sau bảng hệ thống tuần hoàn 1 ô so với hạt nhân mẹ.
+ Trong phóng xạ bêta cộng β
+
:
A
Z
X →
0
1
e +
A
Z 1
−
Y
Hạt nhân con Y lùi về phía trước bảng hệ thống tuần hoàn 1 ô so với hạt nhân mẹ.
+ Phóng xạ gamma γ: phóng xạ γ không có sự biến đổi hạt nhân nguyên tử này thành hạt nhân nguyên tử khác. Phóng xạ γ không phát ra
độc lập mà luôn luôn kèm theo phóng xạ α và phóng xạ β.
37. SỰ PHÓNG XẠ
* Sự phóng xạ: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác.
Các tia phóng xạ không nhìn thấy được, nhưng có thể phát hiện được chúng do chúng có khả năng làm đen kính ảnh, làm iôn hóa chất
khí, bò lệch trong điện trường, từ trường, ...
* Đặc điểm của hiện tượng phóng xạ: Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra, hoàn toàn không phụ thuộc vào
các tác động bên ngoài.
Không thể can thiệp để làm cho sự phóng xạ xảy ra nhanh hơn hoặc chậm hơn.
* Bản chất, tính chất của các tia phóng xạ: Có 3 loại tia phóng xạ
+ Tia anpha α: là chùm hạt nhân hêli

= N
o
e
-
λ
t
hay m = m
o
T
t
−
2
= m
o
e
-
λ
t
; λ =
TT
693,02ln
=
.
Không thể can thiệp để làm thay đổi chu kì bán rã T của chất phóng xạ.
* Độ phóng xạ
Độ phóng xạ H của một lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của lượng chất phóng xạ đó và
được đo bằng số phân rã trong 1 giây.
Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với qui luật:
H = λN = λN
o

235
U, khối lượng tới hạn m
h
= 50kg.
* Nhà máy điện nguyên tử
+ Bộ phận chính là lò phản ứng hạt nhân, ở đó phản ứng phân hạch được giữ ở chế độ tới hạn khống chế được.
+ Nhiên liệu của nhà máy điện nguyên tử là các thanh Urani đã làm giàu
235
U đặt trong chất làm chậm để giảm vận tốc nơtrôn.
+ Để đạt được hệ số s = 1, người ta đặt vào lò các thanh điều chỉnh hấp thụ bớt các nơtrôn .
+ Năng lượng do phân hạch tỏa ra dưới dạng động năng của các hạt được chuyển thành nhiệt năng của lò và truyền đến nồi sinh hơi chứa
nước. Hơi nước được đưa vào làm quay tua bin máy phát điện.
39. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn.
Là phản ứng tỏa năng lượng, tuy một phản ứng kết hợp tỏa năng lượng ít hơn một phản ứng phân hạch, nhưng tính theo khối lượng
nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhiều hơn.
Phản ứng phải thực hiện ở nhiệt độ rất cao (hàng trăm triệu độ).
Lý do: các phản ứng kết hợp rất khó xảy ra vì các hạt nhân mang điện tích dương nên chúng đẩy nhau. để chúng tiến lại gần nhau và
kết hợp được thì chúng phải có một động năng rất lớn để thắng lực đẩy Culông. để có động năng rất lớn thì phải có một nhiệt độ rất cao.
Trong thiên nhiên phản ứng nhiệt hạch xảy ra trên các vì sao, chẵng hạn trong lòng Mặt Trời.
Con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được, ví dụ sự nổ của bom khinh khí (bom H).
40 . CÁC HẠT SƠ CẤP
41. CẤU TẠO VŨ TRỤ .
Vũ trụ có cấu tạo gồm các thiên hà và các đám thiên hà. Nhiều thiên hà có dạng xoắn ốc phẳng. Thiên hà của chúng ta gọi là Ngân hà
và cũng có dạng nói trên.
Trong mỗi thiên hà có khoảng 100 tỉ ngôi sao và tinh vân. Có sao dang ổng đònh, có sao mới, sao siêu mới, punxa và lỗ đen,
Mặt trời là một ngôi sao màu vàng, có nhiệt độ bề mặt 6000K. Xung quanh mặt trời có các hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi và thiên
thạch.
Xung quanh hành tinh có các vệ tinh
II. Công thức và cách giải bài tập :

;
692,0
T
=
λ
t = K.T ;
T
t
k
=
N
0
: số hạt nhân ban đầu ; N : số hạt nhân sau thời gian t
m
0
: khối lượng ban đầu ; m : khối lượng sau thời gian t.
T : chu kỳ bán rã (thời gian ½ số hạt nhân rã)
TT
693,02ln
==
λ
: hằng số phóng xạ ;
k
N
N
2
0
=
và
k

A
Z
4
2
4
2
−
=
+→
( hạt nhân con lùi 2 ô so với hạt nhân mẹ )
Phóng xạ
( )
−
−
e
0
1
β
YeX
A
Z
A
Z 1
0
1
+
−
−
+→
( hạt nhân con tiến 1 ô so với hạt nhân mẹ )

Nếu ra số nguyên sử dụng công thức
k
m
m
2
0
=
hoặc
k
N
N
2
0
=
Nếu ra số lẻ sử dụng công thức
t
emm
λ
−
=
0
hoặc
t
eNN
λ
−
=
0
4) Cách tính thời gian t:
Lập tỉ số

X
nphn
mZmmNmZmmm
A
Z
...
0
+−+=−=∆
=> W
lk
=
2
.cm
∆
lkr
W

=
A
W
lk
( hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền vững hơn )
Lưu ý : đơn vị
m
∆
nên đổi ra
2
c
MeV
A

vmvmvmvm
Bảo toàn năng lượng:
(m
a
+ m
b
)c
2
+
2
2
aa
vm
+
2
2
bb
vm
= (m
c
+ m
d
)c
2
+
2
2
cc
vm
+

u
= 931MeV/c
2
.
H ướ ng d ẫ n gi ả i :
Hạt nhân Đơteri là
3
1
H
có 1proton và 2 notron.
Ta có :
hnnphn
mmNmZmmm
−+=−=∆
..
0
= 1.1,0073u + 2.1,0087u – 2,0135u =
Năng lượng liên kết : W
lk
=
2
.cm
∆
=
IV. Bài tập tự luận tự giải :
Chương IX : VẬT LÍ HẠT NHÂN
1. Chất phóng xạ phốt pho có chu kỳ bán rã T = 14 ngày đêm. Ban đầu có 300g chất ấy. Tính khối lượng còn lại sau 70 ngày đêm. Đáp
số : 9,4g.
2. Lúc ban đầu phòng thí nghiệm nhận 200g Iôt phóng xạ. Hỏi sau 768 giờ khối lượng chất phóng xạ này còn lại bao nhiêu gram? Biết
chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này là T = 8 ngày đêm. Đáp số : 12,5g.

b/ Hỏi sau thời gian t = 276 ngày đêm, bao nhiêu hạp Po này đã phóng xạ.
c/ Tìm độ phóng xạ của khối lượng chất trên tại t=0, t=50 ngày
d/ Hỏi sau thời gian t bằng bao nhiêu độ phóng xạ giảm 4 lần.
8. Na24 là chất phóng xạ β
−
và tạo thành Magiê. Ban đầu có 0,24g Na 24, sau thời gian 105h, độ phóng xạ của nó giảm 128 lần.
a/ Viết phương trình phản ứng.
b/ Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu.
c/ Tìm khối lượng Magiê tạo thành sau thời gian 45h. Đáp số : b. T = 15h ; H
0
= 7,725.10
16
Bq ; c. 0,21g.
9. Na 24 là chất phóng xạ β
−
có chu kì T = 15h.
a/ Viết phương trình phản ứng.
b/ Một mẫu Na 24 tại t = 0 có khối lượng 2,4g. Sau thời gian t, khối lượng mẫu chỉ còn 0,3g. Tìmsố hạt β
−
đã sinh ra và tính thời
gian đó. Đáp số : b. 5,27.10
22
hạt ; t = 45h.
10. Cho chu kì bán rã của U 235 là 7,13.10
8
; chu kì bán rã của U 238 là 5.10
9
năm.
a/ Tìm số nguyên tử U 235 phóng xạ trong 2 năm của 1gU (biết khi x <<1 thì e
−

khí Hêli ở đktc.
c/ Tìm tuổi của mẫu chất trên, biết rằng tại thời điểm khảo sát tỷ lệ khối lượng hạt X và khối lượng Po là 0,4.
Đáp số : a. X lạ hạt chì ; b. 138,5 ngày; c. 68 ngày.
15. Một mẫu xương loài thú có khối lượng 1g phát ra trong 1 giờ 150 hạt β
−
. Một cái xương khối lượng 0,5kg thú đó mới chết có độ phóng
xạ là 95Bq. Tìm niên đại loài thú này, biết C14 có chu kì T = 5600 năm. Đáp số : 12272 năm.
16. Hạt
U
235
92
hấp thu 1 hạt nơtron sinh ra x hạt α , y hạt β, 1 hạt
Pb
208
82
và 4 hạt nơtron. Tìm x, y bản chất hạt β . Viết phương trình
phản ứng. Đáp số : x = 6; y = 2 ; hạt β
−
.
17. Nhờ một đếm xung người ta có được thông tin sau về 1 chất phóng xạ. Ban đầu, trong thời gian 1 phút có 360 nguyên tử của chất
phóng xạ, nhưng 2 giờ sau (kể từ thời điểm ban đầu) thì trong 1 phút chỉ có 90 nguyên tử phóng xạ. Tìm chu kì bán rã của chất phóng
xạ này. Đáp số : 1h.
18. Một lượng chất phóng xạ Ra 222 có khối lượng ban đầu là m
0
= 1mg. Sau 15,2 ngày thì độ phóng xạ giảm 93,75%. Tìm chu kì và độ
phóng xạ H của lượng chất còn lại. Đáp số : 3,8 ngày ; H = 3,6.10
11
Bq.
19. Đồng vò Na 24 phóng xạ β
−

= 1,007276u , m
n
= 1,008665u, u = 931,5MeV/c
2
.
Hỏi hạt nhân nào bền vững hơn?
5. Biết độ hụt khối khi tạo thành các hạt nhân D, T và α lần lượt là ∆m
T
= 0,0087u ; ∆m
α

= 0,0305u. Hãy cho biết phản ứng trên là phản
ứng tỏa hay thu năng lượng ?
nHeTD
4
2
3
1
2
1
+−>+
Tìm năng lượng thỏa hay thu đó. Cho u = 931MeV/c
2
.
7. Cho phản ứng hạt nhân :
MeV1,2XBeH
9
4
1
1

Biết m
n
= 1,0087u; m
T
= 3,016u; m
He
= 4,0015u; lu = 931MeV/c
2
.
10. Cho phản ứng hạt nhân :
LiXpBe
6
3
9
4
+→+
.
a/ X là hạt nhân gì ?
b/ Biết m
Be
= 9,01219u ; m
P
= 1,00783u; m
Li
= 6,01513u; m
X
= 4,00260u, phản ứng này tỏa thay thu năng lượng bao nhiêu?
c/ Cho hạt p có động năng 5,45MeV bắn vào hạt nhân Be đứng yên; hạt nhân Li bay ra với động năng 3,55MeV. Tìm động năng
hạt X.
11. Bắn hạt α có động năng 4MeV vào hạt nhân

Al
27
13
đứng yên. Sau va chạm có hai mặt sinh ra là X và n. Hạt n có phương
vuông góc với hạt He. Cho m
He
= 4,0015u; m
Al
= 26,974u; m
X
= 29,970u ; m
n
= 1,0087u.
a/ Viết phương trình phản ứng, phản ứng này tỏa hay thu năng lượng.
b/ Tìm động năng hạt X và động năng hạt n.
14. Người ta dùng hạt n có động năng 1,6MeV bắn vào hạt
Be
7
4
đứng yên, thu được hai hạt giống có cùng động năng.
a/ Viết phương trình phản ứng. b/ Tìm động năng mỗi hạt.
15. Hạt
U
234
92
đứng yên phóng xạ hạt α . Cho m
u
= 233,9904u; m
He
= 4,0015u; m

= 2,0136u; m
T
= 3,016u; m
He
= 4,0015u.
18. Cho phản ứng hạt nhân :
MeV200n3KrBaUn
A
36
144
z
235
92
+++→+
a/ Tìm A và Z.
b/ Tìm năng lượng tỏa ra khi phân hạch hết 1 tấn U 235 theo đơn vò J. Nếu 20% năng lượng này biến thành điện năng A thì A bằng
bao nhiêu kwh.
V. Bài tập trắc nghiệm tự giải :
CÂU 01: Lực hạt nhân là:
A. Lực thương tác tĩnh điện B. Lực liên kết các nucleon
C. lực hút rất mạnh trong phạm vi bán kính hạt nhân D. B và C đúng
CÂU 02: Chất đồng vị là:
A. các chất mà hạt nhân cùng số B. các chất mà hạt nhân cùng số nucleon .proton
C. các chất cùng một vị trí trong bảng phân loại tuần hồn D. A và C đúng
CÂU 03: Hạt nhân ngun tử cấu tạo từ:
A.các proton B.các nucleon C. các electron D.các câu trên đều đúng
CÂU 04 : Đơn vị đo khối lượng trong vật lý hạt nhân
A. Kg B. Đơn vị khối lượng ngun tử C. eV/c
2
D.Các câu trên đều đúng