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
=
27
10.67493,1

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

1
-
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 .10u kg MeV c MeV J
− −
= = =
II. ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN
1. Lực hạt nhân
- Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn, bán kính tương tác khoảng
15
10 m
−
.
- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là lực mới truyền tương tác giữa các
nuclôn trong hạt nhân gọi là tương tác mạnh.

;
lk p n hn
W J m m m kg
 
= = = =
 
Thì
2 2
. . . .
lk p n hn
W Z m N m m c m c
 
= + − = ∆
 

4.Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân
A
Z
X
- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn
lk
W
A
.
- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
§ 2. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
- Phản ứng hạt là mọi quá trình dẫn tới sự biến đổi sự biến đổi của hạt nhân.

1 2 3 4

β
−
−
=
) ; Pôzitrôn (
0
1
e
β
+
+
=
)
II. CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
1. Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A)
1 2 3 4
A A A A
+ = +
2. Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z)
1 2 3 4
Z Z Z Z
+ = +
3. Định luật bảo toàn động lượng:
∑∑
=
sPP
t

4. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần
WsW

.c
2
+ m
4
.c
2
- Liên hệ giữa động lượng và động năng
2
2
d
P mW
=
hay
2
2
d
P
W
m
=

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

< m :
0W <
: 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
1.1 Các phương trình phóng xạ:
- Phóng xạ
4
2
( )He
α
: hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn.
4 4
2 2
A A
Z Z
X He Y
−
−
→ +
- Phóng xạ
0
1
( )e
β
−
−

X X
γ
→ +
1.2. Bản chất và tính chất của các loại tia phóng xạ
Loại Tia Bản Chất Tính Chất
(α)
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.
(β
-
)
o Là dòng hạt êlectron
0
1
( )e
−
, vận tốc
c
≈
o Ion hoá yếu hơn nhưng đâm
xuyên mạnh hơn tia α.
(β

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
T
t
N N N e
λ
−
−
= =
( ) 0 0
. 2 .
t
t

còn lại sau thời gian
t
.
o
0
m
: khối lượng phóng xạ ở
thời điểm ban đầu.
o
( )t
m
: khối lượng phóng xạ
còn lại sau thời gian
t
.
o
0
H
: độ phóng xạ ở thời
điểm ban đầu.
o
( )t
H
: độ phóng xạ còn lại
sau thời gian
t
.
công thức liên quan :
4,22
V

1 2
1 2
235 1 236 1
92 0 92 0
200
A A
Z Z
U n U X X k n MeV+ → → + + +
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền
Nếu sự phân hạch tiếp diễn liên tiếp thành một dây chuyền thì ta có phản ứng phân hạch dây chuyền, khi đó số
phân hạch tăng lên nhanh trong một thời gian ngắn và có năng lượng rất lớn được tỏa ra.
Điều kiện để xảy ra phản ứng dây chuyền: xét số nơtrôn trung bình k sinh ra sau mỗi phản ứng phân hạch (
k
là
hệ số nhân nơtrôn).
o Nếu
1k
<
: thì phản ứng dây chuyền không thể xảy ra.
o Nếu
1k
=
: thì phản ứng dây chuyền sẽ xảy ra và điều khiển được.
o Nếu
1k
>
: thì phản ứng dây chuyền xảy ra không điều khiển được.
o Ngoài ra khối lượng
235
92

U
,
Na
23
11
,
He
4
2
+
238
92
U
có cấu tạo gồm: Z=92 , A = 238 ⇒ N = A – Z = 146
Đáp án:
238
92
U
: 92 proton ; 146 nơtron
+
Na
23
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

Đáp án: ∆m = 0,069u
Bài 3: Hạt nhân đơteri
2
1
D
có khối lượng m
D
= 2,0136u, khối lượng của nơtron là m
N
= 1,0087u, khối lượng của
proton là m
P
= 1,0073u. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân
2
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
 
= + − = ∆
 

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

Bài 2 : Tính năng lượng liên kết hạt nhân Đơtêri
D
2
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.
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

. Hãy sắp xếp các hạt nhân
He
4
2
,
C
12
6
,
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

,
C
12
6
.
Giải
- Đề bài không cho khối lượng của
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

/9311 cMevu
=
. Năng lượng cần thiết tối thiểu để chia hạt nhân
C
12
6
thành ba hạt
α
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
=
α
Năng lượng phá vở một hạt C12 thành 3 hạt He

9
umum

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
hạt B.
25
10.2,1

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
23
hạt D.5,925.10
23
hạt
Giải
- Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g hạt nhân I là :


.
Số hạt nhân X còn lại sau thời gian t : N =
t
T
t
eNN
.
00
.2.
λ
−
−
=
.
Công thức liên hệ :
A
m
N
N
n
A
==
Chú ý:
+ t và T phải đưa về cùng đơn vị .
+ m và m
0
cùng đơn vị và không cần đổi đơn vị
Bài 1: Chất Iốt phóng xạ
131
53

/5 B.m = m
0
/8 C. m = m
0
/32 D. m = m
0
/10

11
Giải :
t = 5T
Sau t = 5T khối lượng chất phóng xạ còn lại là

32
2.2.
0
5
00
m
mmm
T
t
===
−
−
Đáp án: C :
0
m
/32
Bài 3 : Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4 ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)

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
/4.
Giải
- Ta có : t
1
= 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là :
3
1
2
1
0
1
==
T
t
N

2
2
0
2
=






=










=
T
t
N
N
.
Hoặc N
2


Số hạt nhân bị phân rã là : ΔN =
)1()21(
.
000
t
T
t
eNNNN
λ
−
−
−=−=−

Chú ý : là khơng được áp dụng định luật bảo tồn khối lương như trong phản ứng hố học.
A -> B + C . m
A
≠ m
B
+ m
C
Bài 1:Tính số hạt nhân bị phân rã sau 1s trong 1g Rađi
226
Ra . Cho biết chu kỳ bán rã của
226
Ra là 1580 năm. Số
Avơgađrơ là N
A
= 6,02.10
23


10
86400.365.1580
1
21
0
10.70,32110.6646,2)21(
=










−=−=∆
−
−
T
t
NN
hạt .

⇒
Chọn đáp án D.
Bài 2: Đồng vò phóng xạ Côban
60

m
m
.

13
Hoặc Δm =
)21(
00
T
t
mmm
−
−=−
=
−
=
∆
⇒
−
−
T
t
T
t
m
m
2
21
0
97,12%

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
=
∆
=

Khối lượng chất tạo thành là
A
Bm
m
X

Nhận xét : t = 3.T nên ta dùng hàm mũ 2 để giải cho nhanh bài toán :
- khối lượng Na bị phân rã sau 45 = 3T giờ : Δm =
)21(12)21(
3
1
0
−
−
−=−=
T
t
m

⇔
Δm = 10,5 g .

14
Suy ra khối lượng của mg tạo thành : m
con
=
5,1024.
24
5,10
.
==
∆
me
conme
A
Am

= 0,147g
2023
0
10.214,410.023,6.
210.8
168,0.7
8
7
===∆
A
N
A
m
N
nguyên tử
b.Khối lượng chì hình thành trong 414 ngày đêm:
m
con
=
con
me
me
A
A
m
.
∆
=
g144,0206.
210

⇒

n
t
Tn
T
t
=⇒=
.

Nếu tỉ số :
0
m
m
=
0
N
N
không đẹp thì:
m
T
t
m
−
=
2.
0

⇔
