Ch ơng 9 : hạt nhân nguyên tử
I. Hệ thống kiến thức trong ch ơng :
1) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử:
+ Hạt nhân nguyên tử đợc cấu tạo từ các prôtôn (p) (mang điện tích nguyên tố dơng), và các nơtron
(n) (trung hoà điện), gọi chung là nuclôn, liên kết với nhau bởi lực hạt nhân, đó là lực tơng tác mạnh, là
lực hút giữa các nuclôn, có bán kính tác dụng rất ngắn ( r < 10
-15
m).
+ Hạt nhân của các nguyên tố ở ô thứ Z trong bảng HTTH, có nguyên tử số Z thì chứa Z prôton
(còn gọi Z là điện tích hạt nhân) và N nơtron; A = Z + N đợc gọi A là số khối. Các nguyên tử mà hạt
nhân có cùng số prôton Z, nhng có số nơtron N (số khối A) khác nhau, gọi là các đồng vị.
Có hai loại đồng vị bền và đồng vị phóng xạ.
+ Kí hiệu hạt nhân: Cách 1 (thờng dùng):
X
A
Z
, ví dụ
U
235
92
.
Cách 2 (ít dùng):
X
A
hoặc
A
Xã
; Cách 3 (văn bản): XA ví dụ: C12, C14, U238 . . .
+ Đơn vị khối lợng nguyên tử u có trị số bằng
12
1

e
= 0,000549 u.
+ Kích thớc hạt nhân: hạt nhân có bán kính
3
1
15
A.10.2,1R

=
(m).
+ Đồng vị: là những hạt nhân chứa cùng số prôton Z (có cùng vị trí trong bản HTTH), nh ng có số
nơtron khác nhau.
2) Năng lợng liên kết, năng lợng liên kết riêng:
+ Độ hụt khối: Độ giảm khối lợng của hạt nhân so với tổng khối lợng các nuclon tạo thành. m = m
0
- m = Z.m
P
+ (A-Z).m
n
- m; m là khối lợng hạt nhân, nếu cho khối lợng nguyên tử ta phải trừ đi khối lợng
các êlectron.
+ Năng lợng liên kết (NNLK) : E = m.c
2
.
- Độ hụt khối lớn thì NNLK lớn. Hạt nhân có năng lợng liên kết lớn thì bền vững.
- Tính năng lợng liên kết theo MeV: E = khối lợng(theo u)ìgiá trị 1u(theo MeV/c
2
)
- Tính năng lợng theo J: E = năng lợng(theo MeV) ì 1,6.10
-13

=
;
2
59311
c
MeV
,u

. (tuỳ theo đầu bài cho).
3) Phóng xạ
a) Hiện tợng một hạt nhân bị phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là
hiện tợng phóng xạ.
Đặc điểm của phóng xạ: nó là quá trình biến đổi hạt nhân, không phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài
(nhiệt độ, áp suất, môi trờng xung quanh) mà phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân (chất phóng xạ).
b) Tia phóng xạ không nhìn thấy, gồm nhiều loại: ,
-
,
+
, .
+ Tia anpha () là hạt nhân của hêli
He
4
2
. Mang điện tích +2e, chuyển động với vận tốc ban đầu
khoảng 2.10
7
m/s. Tia làm iôn hoá mạnh nên năng lợng giảm nhanh, trong không khí đi đợc khoảng
8cm, không xuyên qua đợc tấm bìa dày 1mm.
+ Tia bêta: phóng ra với vận tốc lớn có thể gần bằng vận tốc ánh sáng. Nó cũng làm iôn hoá môi tr-
ờng nhng yếu hơn tia . Trong không khí có thể đi đợc vài trăm mét và có thể xuyên qua tấm nhôm dày

số hạt nhân của nó biến đổi thành hạt nhân khác.
N(t) = N
0
.2
-k
với
T
t
k
=
hay N(t) = N
0
.e
-

t
;
T
2ln
=
là hằng số phóng xạ. ln2 = 0,693.
Khối lợng chất phóng xạ: m(t) = m
0
. e
-

t
; hay m(t) = m
0
.2

2.N.e.N.
t
N
H


==


=
.
Hay H = .N; H
0
= N
0
là độ phóng xạ ban đầu.
Độ phóng xạ của một lợng chất bằng số hạt nhân của nó nhân với hằng số phóng xạ.
e) Trong phân rã hạt nhân con lùi hai ô trong bảng hệ thống tuần hoàn so với hạt nhân mẹ.
- Trong phân rã
-
hoặc
+
hạt nhân con tiến hoặc lùi một ô trong bẳng hệ thống tuần hoàn so với hạt
nhân mẹ.
- Trong phân rã hạt nhân không biến đổi mà chỉ chuyển từ mức năng lợng cao xuống mức năng l-
ợng thấp hơn.
- Vậy một hạt nhân chỉ phóng ra một trong 3 tia là hoặc
-
hoặc
+

1
(hay
H
1
1
).
+ Phóng xạ là loại phản ứng hạt nhân đặc biệt của phơng trình phản ứng: A B + C.
+ Phản ứng hạt nhân nhân tạo tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo.
b) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
+ Định luật bảo toàn nuclon (số khối A): Tơng tác 2 hạt nhân là tơng tác giữa các nuclon, prôton có
thể biến đổi thành nơtron và ngợc lại; tổng số prôton và nơtron là nuclon không đổi.
A
1
+ A
2
= A
3
+ A
4
.
+ Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Tơng tác 2 hạt nhân là tơng tác hệ kín (cô lập) về
điện, nên điện tích bảo toàn (tổng điện tích trớc và sau phản ứng bằng nhau)..
Z
1
+ Z
2
= Z
3
+ Z
4

; M = m
C
+ m
D
; E
1
là động năng của các hạt trớc phản ứng, E
2
là động năng của
các hạt sau phản ứng và các năng lợng khác.
+ Trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lợng: khối lợng các hạt trớc và sau
phản ứng không bao giờ bằng nhau, vì độ hụt khối của các hạt nhân không giống nhau.
c) Quy tắc dịch chuyển phóng xạ:
+ Phóng xạ ra :
YHeX
4A
2Z
4
2
A
Z


+
hạt nhân tạo thành lùi 2 ô và số khối giảm 4 đơn vị.
+ Phóng xạ ra bêta trừ
-
:
++
+

khác tổng khối lợng M (M = m
C
+ m
D
) của các hạt tạo thành. Nếu M < M
0
(hay độ hụt khối các hạt tạo
thành lớn hơn độ hụt khối các hạt nhân tham gia phản ứng) thì phản ứng toả năng lợng và ngợc lại: M
0
<
M thì phản ứng hạt nhân thu năng lợng. Năng lợng của phản ứng hạt nhân là: E = M.c
2
.
e) Có hai loại phản ứng hạt nhân toả ra năng lợng, năng lợng đó gọi là năng lợng hạt nhân.
+ Một hạt nhân rất nặng khi hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thành hai hạt trung bình, cùng với N
nơtron là sự phân hạch.
MeV200nNYXUnU
1
0
A
Z
A
Z
236
92
1
0
235
92
/

2
3
1
2
1
++
+17,6MeV.
So với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lợng lớn hơn nhiều khi có cùng khối l-
ợng nhiên liệu.
II. bài tập cơ bản:
Bài 1. Khối lợng nguyên tử của rađi Ra226 là m = 226,0254 u .
a/ Hãy chỉ ra thành phần cấu tạo hạt nhân Rađi ?
b/ Tính ra kg của 1 mol nguyên tử Rađi , khối lợng 1 hạt nhân , 1 mol hạt nhân Rađi?
c/ Tìm khối lợng riêng của hạt nhân nguyên tử cho biết bán kính hạt nhân đợc tính theo công thức : r =
r
0
.A
1/3
. với r
0
= 1,4.10
15
m , A là số khối .
d/ Tính năng lợng liên kết của hạt nhân , năng lợng liên kết riêng , biết m
p
= 1,007276u ,
m
n
= 1.008665u ; m
e

= m
nh
.N
A
= 0,22589kg
c/ Thể tích hạt nhân : V = 4r
3
/3 = 4r
0
3
A/

3 .
Khối lợng riêng của hạt nhân : D =
3
17
3
0
3
0
10.45,1
4
3
3/4 m
kg
rr
m
Arr
Am
V

0
= m
0
N
A
/A , với m
0
= 0,168g , A = 210 , N
A
= 6,022.10
23
Ta thấy t/T = 414/138 = 3 nên áp dụng công thức : N = N
0
2
t/T
= N
0
2
3
= N
0
/8 .
Số nguyên tử bị phân dã là : N = N
0
N = N
0
(1 2
t/T
) = 7N
0

Suy ra t = 4T = 4.138 = 552 ngày đêm.
Bài 3. 0,2mg Ra226 phóng ra 4,35.10
8
hạt trong 1 phút . Hãy tính chu kỳ bán rã của Rađi . (cho thời
gian quan sát t << T) .
Giải :
Số hạt anpha phóng xạ có trị số bằng số nguyên tử bị phân dã : N = N
0
N = N
0
(1-
t
e

) .
Vì t << T nên N = N
0
t = N
0
.0,693t/T ; với N
0
= m
0
N
A
/A .
Vậy T =
AN
tNm
A

4
Bq .
Giải : a/ Ta biết H
0
= N
0
, với N
0
=
A
mN
A
=> m =
A
0
A
0
N.693,0
ATH
N.
AH
=

Thay số m = 5,6.10
8
g
b/ Sau 10 năm : H = H
0
t
e

đứng yên. Sau phản ứng có suất
hiện hạt nhân phốtpho30.
a/ Viết phơng trình phản ứng hạt nhân ?
b/ Phản ứng trên thu hay toả năng lợng ? tính năng lợng đó ?
c/ Biết hạt nhân sinh ra cùng với phốtpho sau phản ứng chuyển động theo phơng vuông góc với phơng
hạt anpha Hãy tính động năng của nó và động năng của phốtpho ? Cho biết khối lợng của các hạt nhân :

m
= 4,0015u , m
n
= 1,0087u , m
P
= 29,97005u , m
Al
= 26,97435u , 1u = 931MeV/c
2
.
Giải :
a/ Phơng trình phản ứng hạt nhân :
XPAlHe
A
Z
30
15
27
13
4
2
++
.

Phản ứng thu năng lợng . E = Mc
2
= 0,0029.931 = 2,7 MeV .
Lờ Vn Nguyờn THPT Phan Bi Chõu Trang 4
P
P

v
n
P

P
Al
c/ áp dụng định luật bảo toàn động lợng và định luật bảo toàn năng lợng toàn phần :

Pn
ppp
+=

(1) ;

E
+ (

m
+ m
Al
)c
2
= (m

P
lần lợt là động năng của các hạt anpha , của
nơtron và của phốtpho (ở đây có sự bảo toàn năng lợng toàn phần bao gồm cả năng lợng nghỉ và động
năng của các hạt)
Theo đề bài ta có :

v
vuông góc với
v
nghĩa là
n
p
vuông góc với

p
(Hình vẽ) nên ta có :
2
p

+ p
n
2
= p
p
2
(3) . Giữa động lợng và động năng có mối liên hệ : p
2
= 2mE ,
Ta viết lại (3) 2


m
+ m
Al
) (m
P
+ m
n
)]c
2
= Mc
2
ta đợc :
E + (1 +
P
m
m

)

E
= (1 +
P
n
m
m
)E
n
rút ra : E
P
= 0,56 MeV ; E

toả nhiệt của dầu là 3.10
7
J/kg . So sánh lợng dầu đó với urani ?
Giải :
a/ Vì H = 20% nên công suất urani cần cung cấp cho nhà máy là : P
n
= 100.P/20 = 5P
Năng lợng do nhiên liệu cung cấp cho nhà máy trong 1 năm là :
W = P
n
.t = 365.6.10
8
.24.3600 = 9,64.10
15
J
Số hạt nhân phân dã đợc năng lợng đó là : N = W/200.1,3.10
13
= 2,96.10
26
hạt .
Khối lợng U235 cung cấp cho nhà máy là : m = N.A/N
A
= 1153,7 kg .
b/ Vì hiệu suất nhà máy là 75% nên có công suất 600MW dầu có công suất p
n
/
= P/H = 4P/3 .
Năng lợng dầu cung cấp cho 1 năm là : W
/
= P

B) Nơtron trong hạt nhân mang điện tích - e.
C) Tổng số các prôtôn và nơtron gọi là số khối.
D) A hoặc B hoặc C sai.
9.3. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về khi nói về đồng vị?
A) Các hạt nhân đồng vị có cùng số Z nhng khác nhau số A.
B) Các hạt nhân đồng vị có cùng số A nhng khác nhau số Z.
Lờ Vn Nguyờn THPT Phan Bi Chõu Trang 5
C) Các hạt nhân đồng vị có cùng số nơtron.
D) A, B và C đều đúng.
9.4. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Hạt nhân nguyên tử
X
A
Z
đợc cấu tạo gồm Z nơtron và A prôton.
B. Hạt nhân nguyên tử
X
A
Z
đợc cấu tạo gồm Z prôton và A nơtron.
C. Hạt nhân nguyên tử
X
A
Z
đợc cấu tạo gồm Z prôton và (A - Z) nơtron.
D. Hạt nhân nguyên tử
X
A
Z
đợc cấu tạo gồm Z nơtron và (A + Z) prôton.

D. u bằng
12
1
khối lợng của một nguyên tử Cacbon
C
12
6
9.9. Hạt nhân
U
238
92
có cấu tạo gồm:
A. 238p và 92n; B. 92p và 238n; C. 238p và 146n; D. 92p và 146n
9.10. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Năng lợng liên kết là toàn bộ năng lợng của nguyên tử gồm động năng và năng lợng nghỉ.
B. Năng lợng liên kết là năng lợng tỏa ra khi các nuclon liên kết với nhau tạo thành hạt nhân.
C. Năng lợng liên kết là năng lợng toàn phần của nguyên tử tính trung bình trên số nuclon.
D. Năng lợng liên kết là năng lợng liên kết các electron và hạt nhân nguyên tử.
9.11. Hạt nhân đơteri
D
2
1
có khối lợng 2,0136u. Biết khối lợng của prôton là 1,0073u và khối lợng
của nơtron là 1,0087u. Năng lợng liên kết của hạt nhân
D
2
1
là
A. 0,67MeV; B.1,86MeV; C. 2,02MeV; D. 2,23MeV
9.12. Hạt có khối lợng 4,0015u, biết số Avôgađrô N

nơtron là 1,0087u. Độ hụt khối của hạt nhân
Co
60
27
là
A. 4,544u; B. 4,536u; C. 3,154u; D. 3,637u
9.15. Hạt nhân
Co
60
27
có khối lợng là 55,940u. Biết khối lợng của prôton là 1,0073u và khối lợng của
nơtron là 1,0087u. Năng lợng liên kết riêng của hạt nhân
Co
60
27
là
A. 70,5MeV; B. 70,4MeV; C. 48,9MeV; D. 54,4MeV
Chủ đề 2: Sự phóng xạ
9.16. Chọn phát biểu nào đúng. Phóng xạ là hiện tợng một hạt nhân
Lờ Vn Nguyờn THPT Phan Bi Chõu Trang 6
A) phát ra một bức xạ điện từ
B) tự phát ra các tia , , .
C) tự phát ra tia phóng xạ và biến thành một hạt nhân khác.
D) phóng ra các tia phóng xạ, khi bị bắn phá bằng những hạt chuyển động nhanh.
9.17. Phát biểu nào sau đây là Sai khi nói về tia anpha?
A) Tia anpha thực chất là hạt nhân nguyên tử hêli (
He
4
2
)

D) Khi đi trong không khí, tia anpha làm ion hoá không khí và mất dần năng lợng.
9.21. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về tia
-
?
A) Hạt
-
thực chất là êlectron.
B) Trong điện trờng, tia
-
bị lệch về phía bản dơng của tụ điện, lệch nhiều hơn so với tia .
C) Tia
-
có thể xuyên qua một tấm chì dày cỡ xentimet.
D) A hoặc B hoặc C sai.
9.22. Điều khảng định nào sau đây là đúng khi nói về
+
?
A) Hạt
+
có cùng khối lợng với êlectrron nhng mang điện tích nguyên tố dơng.
B) Tia
+
có tầm bay ngắn hơn so với tia .
C) Tia
+
có khả năng đâm xuyên rất mạnh, giống nh tia rơn ghen (tia X).
D) A, B và C đều đúng.
9.23. Điều khảng định nào sau đây là đúng khi nói về tia gamma?
A) Tia gamma thực chất là sóng điện từ có bớc sóng rất ngắn (dới 0,01nm).
B) Tia gamma là chùm hạt phôtôn có năng lợng cao.

1
m

=
9.25. Điều nào sau đây là sai khi nói về độ phóng xạ H?
A) Độ phóng xạ H của một chất phóng xạ là đại lợng đặc trng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu là l-
ợng phóng xạ đó.
B) Với một chất phóng xạ cho trớc, độ phóng xạ luôn là một hằng số.
C) Với một chất phóng xạ cho trớc, độ phóng xạ giảm dần theo quy luật hàm số mũ theo thời gian.
D) A hoặc B hoặc C đúng.
9.26. Điều khảng định nào sau đây là đúng khi nói về phóng xạ anpha ()
A) Hạt nhân tự động phóng xạ ra hạt nhân hêli (
He
4
2
).
B) Trong bảng hệ thống tuần hoàn, hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ.
Lờ Vn Nguyờn THPT Phan Bi Chõu Trang 7