Lý 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

- Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).

- Kết luận:

• Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh.

• Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân ($10^{-15}m$)

a. Độ hụt khối

- Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.

- Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu Δm  $\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}$

+ Trong đó:

• $m_p$ là khối lượng proton.

• $m_n$ là khối lượng notron.

• $m_X$ là khối lượng hạt nhân $_{Z}^{A}\textrm{X}$

b. Năng lượng liên kết: Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số $c^2$: 

$W_{lk}=\Delta mc^2=[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}].c^2$

• Năng lượng liên kết hạt nhân còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân

c. Năng lượng liên kết riêng: Năng lượng liên kết riêng (Wlkr) là năng lượng kiên kết tính cho 1 nuclôn

$\Rightarrow W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}]}{A}$

• Để so sánh tính bền vững của hạt nhân ta dựa vào Năng Lượng liên kết riêng ⇒ Hạt nhân có Năng Lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững (các hạt nhân có 50 < A < 80 gọi là các hạt nhân trung bình ⇒ rất bền vững)

a. Định nghĩa và đặc tính

- Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.

- Phản ứng hạt nhân tự phát: Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.

- Phản ứng hạt nhân kích thích: Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. 

Phản ứng hạt nhân

- Đặc tính:

• Biến đổi các hạt nhân.

• Biến đổi các nguyên tố.

• Không bảo toàn khối lượng nghỉ.

b. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

• Bảo toàn điện tích.

• Boả toàn số nuclôn (bảo toàn số A).

• Bảo toàn năng lượng toàn phần.

• Bảo toàn động lượng.

c. Năng lượng phản ứng hạt nhân

- Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (mtrước - $m_{_{sau}}$)$.c^2$

• Nếu Q > 0 → phản ứng toả năng lượng.
• Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng

Khối lượng nguyên tử của $_{26}^{56}\textrm{Fe}$ 55,934939u. Tính $W_{lk}$.

Hướng dẫn giải

Tinh năng lượng liên kết từ công thức: $W_{lk}=\Delta mc^2=[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}].c^2$

⇒ Năng lượng liên kết của ${}_{26}^{56}Fe$  là :

$W_{lk}$ =  $\left [(26m_p+30m_n)-(m_{Fe}-26m_e) \right ].c^2$

$W_{lk}$ = [(26. 1,007280 + 30. 1,008660) - (55,934939 - 26. 0,000550)]$u.c^2$=  0,528441$u.c^2$ = 0,528441. 931,5 ≈ 492,243 MeV.

Phản ứng:

${}_3^6Li$ + ${}_1^2H$ → 2(${}_2^4He$) tỏa năng lượng 22,4 MeV. Tính khối lượng nguyên tử của ${}_3^6Li$. (Khối lượng nguyên tử của ${}_1^2H$ và ${}_2^4He$ lần lượt là 2,01400u và 4,00150u).

Hướng dẫn giải

Năng lượng trong phản ứng hạt nhân: 

${\rm{W}} = {\rm{[}}{{\rm{m}}_{truoc}} - {m_{sau}}{\rm{]}}{c^2}$ = $(m_{Li}+m_H-2m_{He}).c^2$ =  22,4 MeV

⇔ $(m_{Li}+m_H-2m_{He}).c^2$ = 22,4 MeV = $\frac{{22,4}}{{931,5}}u.{c^2}$ = 0,0024$u.c^2$

⇒ $m_{Li}+m_H-2m_{He}$ = 0,024u 

⇔ $m_{Li}=2m_{He}-m_H+0,024u$

⇔ $m_{Li}$ = 2.4,0015u - 2,014u + 0,024u = 6,013u.

Khối lượng nguyên tử ${}_3^6Li$:

${m_{ntLi}} = {m_{Li}} + Z.{m_e}$ = 6,013u + 3. 0,00055u = 6,01465u.

Vậy, c ${}_3^6Li$ là 6,01465u.

Câu 1: Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của $_2^4He$ là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành $_2^4He$ thì năng lượng tỏa ra là bao nhiêu?

Câu 2: Cho khối lượng hạt nhân sắt $_{26}^{56}Fe$ là 55,9207 u, khối lượng êlectron là me = 0,000549 u. Khối lượng của nguyên tử sắt $_{26}^{56}Fe$ là bao nhiêu?

Câu 3: Biết khối lượng các hạt là: mp = 1,00728 u, mn = 1,00867 u, me = 0,000549 u. Độ hụt khối của hạt nhân $_2^4C$ là bao nhiêu?

Câu 4: Trong phản ứng hạt nhân $_{19}^{40}K \to _{20}^{40}Ca + _Z^AX$. X là hạt gì?

Câu 5: Gọi m là khối lượng, Δm là độ hụt khối, A là số nuclôn của hạt nhân nguyên tử. Độ bền vững của hạt nhân được quyết định bởi đại lượng nào?

Câu 1: Trong phản ứng hạt nhân $p + _9^{19}F \to X + \alpha$ X là hạt nhân của nguyên tố:

A. nitơ        B. nêon

C. cacbon        D. ôxi

Câu 2: Khi bắn phá hạt nhân nitơ $_{7}^{14}N$ bằng nơtron thì tạo ra đồng vị Bo $_5^{11}B$ và một hạt:

A. nơtron        B. proton

C. hạt α        D. nơtrinô

Câu 3: Lực hạt nhân là:

A. lực từ

B. lực tương tác giữa các nuclôn

C. lực điện

D. lực điện từ

Câu 4: Hạt nhân bền vững hơn nếu:

A. có năng lượng liên kết riêng lớn hơn

B. có năng luợng liên kết riêng nhỏ hơn

C. có nguyên tử số (A) lớn hơn

D. có độ hụt khối nhỏ hơn

Câu 5: Năng lượng liên kết của một hạt nhân:

A. có thể có giá trị dương hoặc âm

B. càng lớn thì hạt nhân càng bền vững

C. có thể có giá trị bằng 0

D. tỉ lệ với khối lượng hạt nhân

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Năng lượng liên kết của hạt nhân và Phản ứng hạt nhân cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

• Phát biểu được các khái niệm lực hạt nhân – độ hụt khối – năng lượng liên lết – năng lượng liên kết riêng

• Nêu được phản ứng hạt nhân tự phát – phản ứng hạt nhân kích thích

• Giải quyết được 1 số bài tập đơn giản .