1
Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN
I.TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Hiện tượng phóng xạ
* Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t
0 0
.2 .
t
t
T
N N N e
l
-
-
= =
* Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành và bằng số hạt (α hoặc e
-
hoặc e
+
) được
tạo thành:
0 0
(1 )
t
N N N N e
l-
D = - = -
* Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t
0 0
.2 .
t

t
m
e
m
l-
D
= -
Phần trăm chất phóng xạ còn lại:
0
2
t
t
T
m
e
m
l
-
-
= =
* Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t
1 0
1
1 1 0
(1 ) (1 )
t t
A A
A N
AN
m A e m e

T
H H H e N
l
l
-
-
= = =
H
0
= λN
0
là độ phóng xạ ban đầu.
Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây
Curi (Ci); 1 Ci = 3,7.10
10
Bq
Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H
0
(Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s).
2. Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liên kết
* Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng
Vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ E = m.c
2
Với c = 3.10
8
m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
* Độ hụt khối của hạt nhân
A
Z
X

D
Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
3. Phản ứng hạt nhân
* Phương trình phản ứng:
31 2 4
1 2 3 4
1 2 3 4
AA A A
Z Z Z Z
X X X X+ ® +
Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ...
Trường hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X
1
→ X
2
+ X
3
X
1
là hạt nhân mẹ, X
2
là hạt nhân con, X
3
là hạt α hoặc β
* Các định luật bảo toàn
+ Bảo toàn số nuclôn (số khối): A
1
+ A
2
= A

X
và động năng K
X
của hạt X là:
2
2
X X X
p m K=
- Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành
Ví dụ:
1 2
p p p= +
ur uur uur
biết
·
1 2
,p pj =
uur uur
2 2 2
1 2 1 2
2p p p p p cosj= + +
hay
2 2 2
1 1 2 2 1 2 1 2
( ) ( ) ( ) 2mv m v m v m m v v cosj= + +
hay
1 1 2 2 1 2 1 2
2mK m K m K m m K K cosj= + +
Tương tự khi biết
·

1 1 2 2
2 2 1 1
K v m A
K v m A
= = »
Tương tự v
1
= 0 hoặc v
2
= 0.
* Năng lượng phản ứng hạt nhân
∆E = (M
0
- M)c
2

Trong đó:
1 2
0 X X
M m m= +
là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.

3 4
X X
M m m= +
là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng.
Lưu ý: - Nếu M
0
> M thì phản ứng toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của các hạt X
3

Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε
1
, ε
2
, ε
3
, ε
4
.
Năng lượng liên kết tương ứng là ∆E
1
, ∆E
2
, ∆E
3
, ∆E
4

________________________________________________________
TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO()
p
ur
1
p
uur
2
p
uur
φ
3

+ ∆E
4
– ∆E
1
– ∆E
2

∆E = (∆m
3
+ ∆m
4
- ∆m
1
- ∆m
2
)c
2
* Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ
+ Phóng xạ α (
4
2
He
):
4 4
2 2
A A
Z Z
X He Y
-
-

- Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của
ánh sáng và hầu như không tương tác với vật chất.
+ Phóng xạ β
+
(
1
0
e
+
):
0
1 1
A A
Z Z
X e Y
+ -
® +
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối.
Thực chất của phóng xạ β
+
là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt
nơtrinô:
p n e v
+
® + +
Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ β
+
là hạt pôzitrôn (e
+
)

* Điện tích nguyên tố: |e| = 1,6.10
-19
C
* Khối lượng prôtôn: m
p
= 1,0073u
* Khối lượng nơtrôn: m
n
= 1,0087u
* Khối lượng electrôn: m
e
= 9,1.10
-31
kg = 0,0005u
________________________________________________________
TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO()
4
Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN
II.CÁC DẠNG TOÁN.
DẠNG I:CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
1.phương pháp:
a)Hạt nhân nguyên tử:





+=
NZA
notronN

A
:số A-vô-ga-đô
2:Bài tập mẫu:
Bài 1:a)Tính số nguyên tử hê li trong 1 gam nguyên tử hê li
b)Tính số nguyên tử ô xy trong 1 gam khí các bonic.
c)Tính khối lượng của nguyên tử vàng
Au
197
79
Cho He li có khối lượng:4,03;ôxy có khối lượng:15,999;Các bon có khối lượng:12,011;N
A
=6,022.10
23
nguyên tử/mol.
Bài 2:Ni tơ tự nhiên có khối lượng nguyên tử m=14,00670u và gồm 2 đồng vị chính là
N
14
7
có khố lượng nguyên tử
m
1
=14,00307u và
N
15
7
có khối lượng nguyên tửm
2
=15,0001u.Tính tỉ lệ phần trăm của hai đồng vị ấy trong tự nhiên.
Bài 3:Tính năng lượng liên kết của các hạt nhân.
a)Đơteri

Bài 5:Tính năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân C14 và C12.Trong hai đồng vị này đồng vị nào bền hơn?Cho
m
C12
=11,9967u
m
C14
=13,9999u
DẠNG II:HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN
1.Phương pháp:
a)Định luật phóng xạ:N=N
0
.
t
e
λ
−
;m=m
0
.
t
e
λ
−
;Với T=
λ
2ln
=
λ
693,0
b)Độ phóng xạH=

N
0
ln
1
λ
Hoặc:H=H
0
.
t
e
λ
−
⇒
t=
H
H
0
ln
1
λ
2.Bài tập mẫu:
Bài 1:Ban đầu có 5 gam actini
Ac
225
89
là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T=10 ngày.Tính
a)số nguyên tử ban đầu của nguyên tử Actini.
b)Số nguyên tử còn lại sau 15 ngày.
c)Độ phóng xạ của Actini sau 15ngày.
Bài 2:Một chất phóng xạ Acó chu kỳ bán rã T=360 giờ.Khi lấy ra sử dụng thì khối lượng chất phóng xạ A còn lại chỉ bằng 1/32

84
phóng xạ tại thời điểm t
1
.Chu
kỳ bán rã của
Po
210
84
là 138 ngày ,Cho N
A
=6,022.10
23
nguyên tử/mol.
Bài 6:a) giải thích tại sao trong quặng urani lại có chì.
b)Xác định tuổi của quặng u rani trong đó cứ 10 nguyên tử u rani có 2 nguyên tử chì.Chu kỳ bán rã của
U
238
92
là 4,5.10
9
năm.
________________________________________________________
TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO()
5
Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN
Bài 7:Cho biết hiện nay trong quặng u rani thiên nhiên có
U
238
và
U

D
(năng lượng toàn phần bảo toàn )nên có hai trường hợp xãy ra.
-Nếu m<m
0
:Phản ứng tỏa năng lượng W=(m
0
-m)c
2
.
-Nếu m>m
0
:Phản ứng thu năng lượng,phản ứng không tự nó xãy ra,muốn phản ứng xãy ra phải cung cấp cho Avà B một năng
lượng W dưới dạng động năng :W=(m-m
0
)+Wđ (với Wđ là động năng các hạt được sản phẩm).
2.Bài tập mẫu:
Bài 1:Dùng prôtôn bắn phá hạt nhân bê ri ta được hê li và X theo phản ứng sau:p+
Be
9
4
→
α
+X.
Viết đầy đủ phản ứng hạt nhân,cho biết tên gọi ,số khối và số thứ tự của hạt nhân X.
Bài 2:Cho phản ứng hạt nhân sau: p+
Na
23
11
→
X+

b)Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng.
c)Tính động năng các hạt sinh ra và hạt
α
,biết rằng hai hạt sinh ra có cùng vận tốc.Cho khối lượng các hạt nhân:
N
14
7
=14,0031u,
H
1
1
=1,0073u,
He
4
2
=4,0020u,X=16,9991u;1u=931MeV/c
2
.
Bài 4:Dùng nơ tron bắn phá hạt nhân
U
235
92
ta thu được phản ứng sau:
U
235
92
+n
→
Mo
95

T
3
1
+
X
A
Z
→
He
4
2
+n+17,6MeV(1)
a)Xác định hạt X,viết phương trình phản ứng hạt nhân.
b)Tính năng lượng tỏa ra từ phản ứng 1 khi tổnh hợp được 1 gam heli.
Bài 6:Thực hiện phản ứng nhiệt hạch sau đây:
H
3
1
+
H
2
1
→
He
4
2
+n
a)Tính năng lượng tỏa ra nếu có 1 kmol khí heli được tạo thành từ phản ứng trên.
b)Năng lượng nói trên tương đương với lượng thuốc nổ TNT là bao nhiêu.Cho biết năng suất tỏa nhiệtcủa TNT là 4,1kJ/kg.
Bài 7:Sau khi được gia tốc bởi máy xyclôtrôn,hạt nhân của đơteri bắn vào hạt nhân của đồng vị