Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 1 CHƯƠNG VII. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I. NHỮNG ĐIỀU CẦN NHỚ 1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử - Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn mang điện tích dương (+e) và các nơtron không mang điện điện gọi chung là các nuclôn. - Các nuclôn liên kết với nhau bởi các lực hạt nhân rất mạnh nhưng có bán kính tác dụng rất ngắn (khoảng 10 -15 m) - Hạt nhân của các nguyên tố có ký hiệu X A Z thì chứa Z prôtôn và (A-Z) nơtron. - Các hạt nhân cùng Z khác (A-Z) tức là khác A gọi là các hạt nhân đồng vị. - Đơn vị khối lượng nguyên tử u: 27 2 1 1,66055.10 931,5 MeV u kg c    . - Năng lượng liên kết của hạt nhân: 2 2 . ( ( ) ) . ( ) lk p n X W m c Zm A Z m m c MeV           ; Với m  = . ( ). p n X Z m A Z m m    được gọi là độ hụt khối của hạt nhân. - Năng lượng liên kết riêng: ( / ) lk W MeV nuclon A   . Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. 2. Sự phóng xạ - Sự phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những bức xạ (gọi là tia phóng xạ) và biến đổi thành hạt nhân khác. - Tia phóng xạ gồm các loại:  là hạt nhân của He 4 2 có điện tích +2e   là các hạt êlectron   0 1 e  có điên tích –e.   là các pôzitron   0 1 e  có điện tích +e.  là sóng điện từ X     . -*Tia  có tốc độ khoảng 7 2.10 / m s , làm ion hóa mạnh các các nguyên tử trên đường đi của nó nên năng lượng giảm nhanh (trong không khí đi được vài xentimét, không xuyên qua được tấm bìa dày 1mm). - Khi phóng xạ  thì nhân con lùi 2 ô trong bảng hệ thống tuần hoàn và có số khối nhỏ hơn 4 đơn vị so với hạt nhân mẹ. PTPX: 4 4 2 2 A A Z Z X Y He     * Tia  phóng ra với tốc độ lớn, có thể xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng. Nó cũng làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn tia  . Trong không khí có thể đi được vài trăm mét và có thể xuyên qua tấm nhôm dày cỡ mm. - Khi phóng xạ   ( 0 1 e   ) thì hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng hệ thống tuần hoàn và có số khối bằng số khối của hạt nhân mẹ PTPX: 0 1 1 A A Z Z X Y e      - Khi phóng xạ   ( 0 1 e   ) thì nhân con lùi 1 ô trong bảng hệ thống tuần hoàn và có số khối bằng số khối của hạt nhân mẹ PTPX: 0 1 1 A A Z Z X Y e      - Trong phóng xạ  , ngoài êlectron ( 0 1 e   ), pôzitron ( 0 1 e   ) còn có hạt nơtrinô (ký hiệu 0 0  ) và phản nơtrinô (ký hiệu  0 0  ) là các hạt không mang điện, có khối lượng xấp xỉ bằng 0, chuyển động với tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng. *Chú ý: -Thực chất của phóng xạ   là một proton   1 1 p biến đổi thành một pôzitron   0 1 e  , một nơtron   1 0 n , và một nơtrinô ( 0 0  ) 1 0 1 0 1 1 0 0 p e n      -Thực chất của phóng xạ   là một nơtron   1 1 n biến đổi thành một electron   0 1 e  , một proton   1 1 p ,và một phản nơtrinô ( 0 0  ) Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 2  0 1 0 1 0 0 1 1 n e p      *Trong phóng xạ  hạt nhân không biến đổi mà chỉ chuyển mức năng lượng. Tia  là sóng điện từ có bước sóng ngắn (cỡ nhỏ hơn 11 10 m  ). Nó có tính chất như tia X, nhưng mạnh hơn. Có khả năng đâm xuyên mạnh hơn nhiều so với tia  ,  . *Vì tia &   mang điện nên nó bị lệch trong điện trường và từ trường 3. Định luật phóng xạ Hiện tượng phóng xạ tuân theo quy luật: - Số hạt nhân còn lại sau khoảng thời gian t: t eNN    0 hoặc T t NN   2. 0 ; - Số hạt nhân bị phân rã: NNN  0 =   0 0 1 1 2 t t T N e N             - Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau khoảng thời gian t: t emm    0 hoặc T t mm   2. 0 ; - Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t: 0 m m m    =   0 0 1 1 2 t t T m e m             - Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã:   0 1 .100% 1 2 .100% t t T m e m               - Phần trăm chất phóng xạ còn lại: 0 .100% 2 .100% t t T m e m      - Độ phóng xạ còn lại sau khoảng thời gian t: t eHH    0 hoặc T t HH   2. 0 ; NH   ; 00 NH   . Đơn vị độ phóng xạ là phân rã trên giây (Bq-Becơren) hay Curi(Ci). Với 1Ci = 3,7.10 10 Bq. Chú ý khi tính độ phóng xạ H thì chu kì phải đổi ra đơn vị giây (s) - Số hạt nhân ban đầu: A N A m N . 0  (trong đó 23 10.023,6 A N mol -1 là số Avôgadro). - Khối lượng chất mới tạo thành sau thời gian t: 1 1 . A A N m N   - Hằng số phóng xạ: T T 693,02ln   . (phân rã/giây) - Tại một thời điểm, một nguyên tử chỉ thực hiện được một trong 3 phóng xạ  ,   ,   có thể kèm  . 4. Phản ứng hạt nhân. Năng ượng hạt nhân. - Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa các hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành hạt nhân khác. 31 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z X X X X    -Các định luật bảo toàn: a)Định luật bảo toàn điện tích (bảo toàn nguyên tử số Z): 3 4 1 2 Z Z Z Z    b)Định luật bảo toàn số nuclon (số khối): 3 4 1 2 A A A A    c)Định luật bảo toàn động lượng: 3 4 1 2 3 3 4 4 1 1 2 2 P P P p m v m v m v m v                . (dùng phép chiếu hay qui tắc hình bình hành mới suy được b.thức đại số) d)Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:   2 2 2 2 2 3 4 3 4 1 2 1 2 1 3 4 1 2 2 3 4 1 2 ( )m c m c k k m c m c k k m m m m c k k k k E k k                   Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 3     3 4 1 2 E k k k k       *Trong đó:     2 1 2 3 4 . E m m m m c      là năng lượng tỏa ra ( > 0) hay thu vào (<0) trong phản ứng hạt nhân; 2 2 mv k  là động năng của hạt nhân *Chú ý: -Không có định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn số nơ tron -Mối quan hệ giữa P và k: P 2 = 2mk *Năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân:   2 t s E M M c    (J-eV-MeV) Trong đó: M t = m 1 + m 2 là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng M s = m 3 + m 4 là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng Chú ý: +Nếu M t > M s thì phản ứng tỏa năng lượng ( 0 E   ) dưới dạng động năng của các hạt X 3 ; X 4 hoặc photon  . Khi đó các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn các hạt ban đầu +Nếu M t < M s thì phản ứng thu năng lượng ( 0 E   ) dưới dạng động năng của các hạt X 1 ; X 2 hoặc photon  . Khi đó các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững hơn các hạt ban đầu *Một số ý khác: Trong phản ứng hạt nhân 31 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z X X X X    thì các hạt nhân X 1 ; X 2 ; X 3 ; X 4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là 1 2 3 4 ; ; ;     Năng lượng liên kết tương ứng là 1 2 3 4 ; ; ; E E E E     Độ hụt khối tương ứng là 1 2 3 4 ; ; ; m m m m     Năng lượng của phản ứng hạt nhân là: 3 3 4 4 1 1 2 2 . . . . E A A A A          3 4 1 2 E E E E E            3 4 1 2 E m m m m         c 2 Với E  > 0 hoặc < 0 5.Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng: + Một hạt nhân nặng (rất nặng) hấp thụ một nơtron vở thành hai hạt nhân trung bình, cùng với 2 đến 3 nơtron (sự phân hạch). Nếu sự phân hạch có tính chất dây chuyền thì năng lượng tỏa ra rất lớn. Không khống chế thì tạo thành bom hạt nhân, khống chế được trong lò phản ứng hạt nhân để cung cấp năng lượng phục vụ hòa bình. + Điều kiện xảy ra phản ứng dây chuyền: Xét số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (hệ số nhân nơtron) k < 1 không xảy ra phản ứng dây chuyền. k = 1 phản ứng dây chuyền xảy ra, điều khiển được (kiểm soát được). k > 1 phản ứng không kiểm soát được. Ngoài ra khối lượng U235 phải đạt giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn (khoảng 15kg) thì mới phát huy năng lượng hạt nhân. + Hai hạt nhân rất nhẹ, kết hợp thành hạt nhân nặng hơn. Phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Đến nay phản ứng nhiệt hạch chỉ thực hiện dưới dạng chưa kiểm soát, đã có bom H (kíp nổ là bom nguyên tử) 6.Các hằng số và đơn vị thường sử dụng: *Số Avogadro: N A = 6,023.10 23 mol -1 *Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10 -19 J; 1MeV = 10 6 eV = 1,6.10 -13 J *Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị cacbon): 1u = 1,66055.10 -27 kg = 931,5 2 MeV c *Điện tích nguyên tố: 19 1,6.10 e J   *Khối lượng proton: m p = 1,00728u *Khối lượng nơtron: m n = 1,00866u *Khối lượng electron: m e = 9,1.10 -31 kg = 5,486.10 -4 u (rất nhỏ so với p và n Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 4 II.BÀI TẬP TỰ LUẬN: LOẠI 1: TÍNH KHỐI LƯỢNG CHẤT PHÓNG XẠ HOẶC SỐ HẠT NHÂN VÀO THỜI ĐIỂM t *Phương pháp: +Cần nhớ các cống thức về định luật phóng xạ +Số mol: A m N n A N    Số hạt nhân tương ứng có trong n (mol) hay m(gam) chất là: N = n.N A = . A m N A +Số hạt nhân bị phân rã trong thời gian từ t 1 đến t 2 : 1 2 1 2 1 2 0 0 0 . . .( ) t t t t N N N N e N e N e e                Thông thường bài toán hay cho t 1 = 0, t 2 = t, do đó ta có: 0 .(1 ) t N N e      *Chú ý: số hạt nhân X bị phân rã chính bằng số hạt nhân Y được tạo thành *Ví dụ: Câu 1: Hãy xác định có bao nhiêu hạt nhân trong 1mg 144 58 Ce phân rã trong khoảng thời gian 1 2 1 & 1 t s t     năm. Biết chu kì bán rã của 144 58 Ce là 285 ngày. *Bài giải: Số hạt nhân có trong 1mg 144 58 Ce ban đầu: N = 3 23 18 . 10 .6,023.10 4,18.10 144 A m N A    Số hạt nhân còn lại sau thời gian phóng xạ t  : . 0 . t N N e     Số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t  : 0 N N N     . 0 .(1 ) t N e     ; Với 0,693 T   Khi 0,692 .1 18 11 285.86400 1 1 4,18.10 (1 ) 1,18.10 t s N e       Khi 2 1 t   năm 0,692 .365 18 18 285 4,18.10 (1 ) 2,46.10 N e     Câu 2: Chu kì bán rã của Radon ( 222 86 Rn ) là 3,8 ngày đêm. Khi phóng xạ tia  , Radon biến thành Poloni. a)Xác định có bao nhiêu nguyên tử Radon bị phân rã sau 7,6 ngày trong 44,4mg 222 86 Rn ? b)Tìm khối lượng Poloni được tạo thành trong thời gian trên? *Bài giải: a)Phương trình phản ứng hạt nhân: 222 4 218 86 2 84 Rn He Po   Số hạt nhân 222 86 Rn ban đầu có trong 44,4mg : N 0 = 3 23 20 0 . 44,4.10 .6,023.10 1,2046.10 222 A Rn m N A    Số hạt nhân 222 86 Rn còn lại sau 7,6 ngày đêm (t = 2T): N = 20 20 0 0 2 1,2046.10 0,30115.10 2 4 2 t T N N    Số hạt nhân 222 86 Rn bị phân rã sau 7,6 ngày : 0 N N N    = 0,90345.10 20 b)Số hạt nhân 222 86 Rn bị phân rã bằng số hạt nhân Poloni tạo thành trong 7,6 ngày đêm, tức là: Po N N    0,90345.10 20 Vậy khối lượng Poloni tạo thành sau 7,6 ngày đêm là: 20 3 23 . 0,90345.10 .218 32,7.10 32,7 6,023.10 Po Po Po A N A m g mg N      Câu 3: Ngày nay tỉ lệ của 235 92 U là 0,72% urani tự nhiên, còn lại là 238 92 U . Cho biết chu kì bán rã của chúng lần lượt là 7,04. 10 8 năm và 4,46.10 9 năm. Tính tỉ lệ của 235 92 U trong tự nhiên vào thời kì Trái Đất được tạo thành cách đây 4,5 tỉ năm? Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 5 *Bài giải: Gọi N 01 ; N 02 lần lượt là số hạt nhân 235 92 U và 238 92 U khi Trái Đất được hình thành. Số hạt nhân 235 92 U và 238 92 U hiện nay: 1 2 . . 1 01 2 02 . & . t t N N e N N e       Lập tỉ số: 9 1 . ( . ) 8 9 1 2 2 1 1 2 2 1 1 . 4,5.10 .0,693( ) ( ) ( ) 7,04.10 4,46.10 01 01 01 011 1 . 2 02 02 02 02 2 0,72 . . . . . 0,3 99,28 t t t t t t N N N NN Ne e e e e N N e N N N N                        Tỉ lệ cần tìm: 01 01 01 01 0 01 02 01 0,3 0,23 23% 1,3 0,3 N N N N N N N N        LOẠI 2: ĐỘ PHÓNG XẠ H – CÂN BẰNG PHÓNG XẠ *Phương pháp: +Độ phóng xạ ban đầu: 0 0 . H N   +Độ phóng xạ còn lại sau thời gian t: 0 . . t H N H e      ; 0,693 T   (phân rã/ giây) +Điều kiện cân bằng phóng xạ: H 1 = H 2 1 1 2 2 . . N N     *Ví dụ: Câu 4: 234 92 U là sản phẩm phân rã của 238 92 U và chiếm tỉ lệ 0,006% trong quặng Urani tự nhiên khi cân bằng phóng xạ được thiết lập. Tính chu kì bán rã 234 92 U ? Biết chu kì bán rã của 238 92 U là 4,5 tỉ năm. *Bài giải: Điều kiện cân bằng phóng xạ: H 1 = H 2 1 1 2 2 1 2 1 2 0,693 0,693 . . . . N N N N T T       5 9 4 1 1 2 2 2 . 0,00006. 6.10 .4,5.10 27.10 N T T T N       năm Câu 5: Chất phóng xạ cacbon 14 6 C có chu kì bán rã 5570 năm. Tính khối lượng 14 6 C có độ phóng xạ 5,0Ci? *Bài giải: Độ phóng xạ ban đầu: 0 0 0 . . . t t H e H H e N N         Khối lượng ban đầu: 0 0 . . . t A A N A H e A m N N     Vậy khối lượng 14 6 C có độ phóng xạ 5,0Ci là: 0 . t m m e     . . . . . . 0,693. t t A A A H e A H A H T A e N N N        Vậy 10 23 5.3,7.10 .5570.365.86400.14 1,089 0,693.6,023.10 m g   LOẠI 3. XÁC ĐỊNH CHU KÌ BÁN RÃ – XÁC ĐỊNH TUỔI (t) CỦA MẪU VẬT *Phương pháp: Dựa vào các công thức của định luật phóng xạ: 0 0 0 . . . t t t N N e m m e H H e               Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 6 Ta chứng minh được các công thức sau: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 .ln 2 ln .ln ln 2 ln 1 .ln 2 ln .ln ln 2 ln 1 .ln 2 ln .ln ln 2 ln N N T t t T N N N N m m T t t T m m m m H HT t t T H H H H                                                                                     *Ví dụ: Câu 6: Trong một mẫu quặng urani, người ta tìm thấy có lẫn chì 206 82 Pb cùng với 238 92 U , nếu tỉ lệ tìm thấy là cứ 10 nguyên tử urani thì có 2 nguyên tử chì. Hãy xác định tuổi của mẫu quặng? Cho chu kì bán rã của urani 238 92 U là 4,5 tỉ năm. *Bài giải: Phương trình phản ứng hạt nhân theo chuỗi phản ứng sau: 238 4 0 206 92 2 1 82 . . U x He y e Pb     (chú ý, sự phóng xạ này không có phóng xạ   ) Áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích, ta tìm được x = 8; y = 6 Vậy phương trình tường minh: 238 4 0 206 92 2 1 82 8 6 U He e Pb     Gọi N 0 là số hạt nhân 238 92 U tại thời điểm t 0 = 0 Gọi N là số hạt nhân 238 92 U tại thời điểm t, ta có: 0 . t N N e    (1) Số hạt nhân chì 206 82 Pb sinh ra bằng số hạt nhân 238 92 U bị phân rã, ta có:   0 1 t N N e      (2) Lập tỉ số     2 1 1 1 1 1 1 t t t t t N e N e N e e N e                     Lấy “locnepe” 2 vế ta được: 1 ln 1 ln .ln ln 1 .ln 1 ln2 t N N T N e t e t t N N N                                   Thay số ta được: 9 9 4,5.10 .ln 1 ln 1 1,18.10 ln 2 0,69 2 103 T N t N                   năm Câu 7: Xác định chu kì bán rã của Triti 3 1 T (hidro siêu nặng) biết rằng số nguyên tử của đồng vị ấy cứ 5,11 năm giảm 25%. *Bài giải: Gọi N 0 là số hạt nhân 3 1 T tại thời điểm t 0 = 0 Gọi N là số hạt nhân 3 1 T tại thời điểm t = 5,11 năm Theo phương pháp ta có: 0 .ln 2 ln t T N N        (*) Theo đề, số nguyên tử của đồng vị ấy cứ 5,11 năm giảm 25%, tức là: Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 7 0 0 0 0 0 1 1 4 0,25 0,25 0,75 3 0,75 3 4 N N N N N N N N N            thay vào (*) ta được: 0 .ln2 5,11.0,693 4 lnln 3 t T N N                12,3 năm LOẠI 4. XÁC ĐỊNH “DANH TÍNH” CỦA HẠT NHÂN CON TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN *Phương pháp: Chẳng hạng ta có phản ứng hạt nhân: 31 2 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z B C D E    Dựa vào định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số khối: 3 4 1 2 3 4 1 2 Z Z Z Z A A A A          *Ví dụ: Câu 8: Dùng hạt proton bắn phá hạt nhân niken 60 28 Ni ta được hạt nhân X và một notron. Hạt nhân X có tính phóng xạ   và biến thành hạt nhân Y. Hãy xác định X; Y? *Bài giải: Phương trình phản ứng hạt nhân lần thứ nhất: 1 60 1 1 28 0 A Z p Ni X n    Dế dàng thấy được: A = 60; Z = 29. Hạt nhân ở ô 60 trong bảng HTTH là đồng vị đồng 60 29 Cu Vật X là 60 29 Cu Phương trình phản ứng hạt nhân lần thứ hai: 60 ' 0 29 ' 1 A Z Cu Y e    Dễ dàng thấy được: A’ = 60; Z’ = 30. Hạt nhân ở ô 30 trong bảng HTTH là đồng vị kẽm 60 30 Zn Vậy Y là 60 30 Zn LOẠI 5. NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN *Phương pháp: +Năng lượng liên kết hạt nhân X: 2 2 . . ( ). . lk X p n X W m c Z m A Z m m c           ; X m  là độ hụt khối của hạt nhân X +Năng lượng liên kết riêng: W lk X A   +Năng lượng trong phản ứng hạt nhân: Xét phản ứng 31 2 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z A B C D        2 2 ) ( . ) ( . A B C D C D A B E m m m m c m m m m c                      Nếu A B C D m m m m    thì 0 E   : Phản ứng tỏa năng lượng. Nếu A B C D m m m m    thì 0 E   : Phản ứng thu năng lượng. Ví dụ: Câu 9: Tính năng lượng liên kết của các hạt nhân bo 11 5 B ; phôt pho 31 15 P ; plutoni 239 94 Pu . Hạt nhân nào bền vững nhất? Cho m B = 11,009305u; m P = 30,973765u; m Pu = 239,052146u; m p = 1,007825u; m n = 1,008665u; 1u = 931,5MeV/c 2 . *Bài giải: Năng lượng liên kết: 2 . ( ). . lk p n X W Z m A Z m m c         Xét 11 5 B :   2 2 1 . ( ). . 5.1,007825 (11 5).1,008665 11,009305 lk p n B W Z m A Z m m c uc             Vậy 2 1 W 0,08181 0,08181.931,5 76,2 lk uc MeV MeV    1 1 W 76,2 6,93 11 lk B MeV A nuclon      Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 8 Xét 31 15 P :   2 2 2 . ( ). . 15.1,007825 (31 15).1,008665 30,973765 lk p n P W Z m A Z m m c uc             Vậy 2 W 262,9 lk MeV  2 2 W 262,9 8,48 31 lk P MeV A nuclon      Xét 239 94 Pu :   2 2 3 . ( ). . 94.1,007825 (239 945).1,008665 239,052146 lk p n Pu W Z m A Z m m c uc             Vậy 3 W 1807 lk MeV  2 3 W 1807 7,56 239 lk Pu MeV A nuclon      Ta thấy 2 3 1      . Do đó hạt nhân 31 15 P là bền vững nhất Câu 10: Khi bắn hạt nhân nitơ 14 7 N bằng các hạt  , tức thời một hạt nhân flo rất không bền được tạo thành. Ngay lập tức flo lại phân rã ngay và chuyển thành hạt nhân bền của oxi và một proton. Đó là phản ứng hạt nhân được Rơđơpho thực hiện lần đầu tiên. Viết phương trình phản ứng và xác định xem phản ứng tỏa hay thu năng lượng. tính năng lượng đó? Cho m N = 13,999275u; m  = 4,001506u; m O = 16,994764u; m p = 1,007276u; 1u = 931,5MeV/c 2 . *Bài giải: Phương trình phản ứng hạt nhân: 4 14 18 17 1 2 7 9 8 1 He N F p     Tổng khối lượng các hạt trước phản ứng: M 0 = m N + m  = 18,000747u Tổng khối lượng các hạt sau phản ứng: M = m O + m p = 18,002022u Ta thấy M 0 < M, do đó phản ứng thu năng lượng Năng lượng thu vào trong phản ứng là:   2 2 0 . 0,00128 0,00128.931,5 1,19 E M M c uc MeV MeV          Câu 11: a)Hạt nhân 238 92 U qua một dãy phóng xạ &   biến thành hạt nhân 206 82 Pb . Trong quá trình đó, có bao nhiêu hạt nhân heli và bao nhiêu electron được giải phóng? b)Coi rằng mỗi hạt nhân 235 92 U bị phân hạch sẽ cho một năng lượng 215MeV. Hỏi nếu 1kg 238 92 U bị phân hạch hoàn toàn sẽ cho bao nhiêu Jun (J)? *Bài giải: a)Phương trình phản ứng hạt nhân theo chuỗi phản ứng sau: 238 4 0 206 92 2 1 82 . . U x He y e Pb     (chú ý, sự phóng xạ này không có phóng xạ   ) Áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích, ta tìm được x = 8; y = 6 Vậy phương trình tường minh: 238 4 0 206 92 2 1 82 8 6 U He e Pb     Vậy có 8 hạt nhân heli và 6 hạt electron giải phóng ra. b)Số hạt nhân 235 92 U có trong 1kg 235 92 U là: 3 23 24 . 10 .6,023.10 2,563.10 235 A m N N A    Năng lượng tỏa ra khi 1kg 235 92 U phân hạch hoàn toàn là: Q = N. E   24 2,563.10 .215.10 6 .1,6.10 -19 Vây Q = 8,817.10 13 J LOẠI 6. VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN *Phương pháp: Xét phản ứng hạt nhân : 31 2 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z A B C D    Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: 2 2 2 2 . . . . A A B B C C D D m c K m c K m c K m c K          2 ( ) ( ) . ( ) ( ) A B C D C D A B E m m m m c K K K K           (1) Định luật bảo toàn động lượng: . . . . A B C D A A B B C C D D P P P P m v m v m v m v                (*) Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 9 +Trường hợp hạt nhân A hoặc nhân B lúc đầu đứng yên; chẳng hạn A đứng yên 0 0 A A v P      Khi đó ta có: B C D P P P      . Sử dụng qui tắc hình bình hành để tìm biểu thức đại số Ta có giản đồ vector trong trường hợp tổng quát :     , , C D C D v v P P          ; vì P v    2 2 2 2. . . os B C D C D P P P P P c     (2) 2 2 2 2. . . os B C D C D P P P P P c     (3) +Chú ý:     2 2 2 2 . 2 2 . . 2 2 2 P m v P K P mK P mK m v m v m K m              Dó đó (2)  2 2 2 2.2 . os B B C C D D C C D D m K m K m K m K m K c     2 . os B B C C D D C C D D m K m K m K m K m K c      (4) Tương tự (3) 2 . os B B C C D D C C D D m K m K m K m K m K c      (5) Nếu C và D bay theo phương vuông góc, khi đó 0 90   (2)  2 2 2 B C D B B C C D D P P P m K m K m K      (6) Nếu C và D bay cùng phương, cùng chiều, khí đó 0 0   (2)  B C D B B C C D D P P P m K m K m K      (7) Nếu C và D bay cùng phương, ngược chiều, khí đó 0 180   (2)  B C D B B C C D D P P P m K m K m K      (8) +Trường hợp cả A và B ban đầu đều đứng yên, 0; 0 0; 0 A B A B v v P P          (*)  0 C C D D C C D D C D C D C D C C D D C C D D m v m v m v m v P P P P P P m K m K m K m K                         (9) *Chú ý: Đây là loại bài tập rất phức tạp, nên yêu cầu học sinh ghi nhớ luôn biểu thức trong từng trường hợp cụ thể mà không cần phải chứng minh trong khi làm bài trắc nghiệm! *Ví dụ: Câu 12: Dùng hạt  có động năng 9,7 K MeV   bắn vào hạt nhân 14 7 N đang đứng yên. Sau tương tác, tạo ra hạt X và proton cùng chuyển động theo hai phương khác nhau. Xác định góc giữa phương chuyển động của hạt  và hạt proton? Biết Proton có động năng K p = 7,0MeV; m N = 14,003074u; 4,002603 ; 1,007825 ; 16,999133 p X m u m u m u     ; 1u = 931,5MeV/c 2 . *Bài giải: Phương trình phản ứng hạt nhân: 4 14 1 17 2 7 1 8 He N p O    (X là oxi) AD định luật bảo toàn động lượng: p O P P P       Từ giản đồ ta có: 2 2 2 2. . . os 2 . os os (*) 2 O p p O O p p p p p p O O p p P P P P P c m K m K m K m K m K c m K m K m K c m K m K                         *Tìm K O : AD định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: C P  D P  B P    0 p P  O P  P    0 Vật lí hạt nhân GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 10       2 2 2 2 2 0 2 0 3 2 3 4,002603 14,003074 (1,007825 16,999133) 9,7 7,0 1,281.10 2,7 1,281.10 .931,5 2,7 1,1932515 2,7 1,507 N p p O O N p O p O m c K m c m c K m c K K m m m m c K K K uc MeV MeV K uc MeV MeV MeV MeV MeV                                             Vây (*)  0 1,007825.7,0 4,002603.9,7 16,999133.1,507 os 2 2 1,007825.7,0.4,002603.9,7 7,055 38,825 25,618 20,262 0,612 52 33,106 2 274 p p O O p p m K m K m K c m K m K                    Câu 13: Bắn hạt  vào hạt nhân 14 7 N đứng yên, ta có phản ứng: 4 14 1 17 2 7 1 8 He N p O    . Giả thiết rằng các hạt sinh ra có cùng vận tốc. a)Phản ứng này thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng? b)Tính động năng các hạt sinh ra theo động năng hạt  ? c)Tính động năng hạt  theoơn vị MeV? Biết m N = 14,003074u; 4,002603 ; 1,007825 ; 16,999133 p O m u m u m u     ; 1uc 2 = 931,5MeV. *Bài giải: a)Năng lượng cần tìm:         2 2 4,002603 14,003074 1,007825 16,999133 1,1932515 0 N p O E m m m m c uc E MeV                       Vật phản ứng thu năng lượng, giá trị năng lượng thu vào là 1,1932515MeV b)Định lu 4,001506 m u   ật bảo toàn động lượng: p O p p O O P P P m v m v m v               (1) Giả thiết p O v v v      do đó (1)      p O p O p O m v m v m m v m v m m v v m m                 Động năng hạt 2 : (2) 2 m v K      Động năng hạt oxi:     2 2 2 2 2 . . 0,21 2 2 2 O O O O O O p O p O p m v m m v m m m v m m K K K m m m m m m                         Động năng hạt proton:     2 2 2 2 2 . . 0,0125 2 2 2 p p p p p O p O p O p m v m m m m m m v m v K K K m m m m m m                         c)Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:   1,21 0,21 0,0125 1 0,8025 1,507 0,8025 0,8025 p O E E K K K K K K MeV                      Câu 14: Dùng hạt proton bắn phá hạt nhân 23 11 Na tạo ra hạt  và hạt nhân X. a)Viết phương trình phản ứng và gọi tên hạt nhân X? b)Tính năng lượng tỏa ra (hay thu vào) của phản ứng trên? c)Nếu hạt proton có động năng là 3,5MeV và hạt Na đứng yên thì vận tốc của hạt  và hạt X có cùng độ lớn. Hãy xác định động năng của hạt X? Biết m Na = 22,983734u; m p = 1,007276u; 4,001506 m u   ; m X = 19,986950u; 1uc 2 = 931,5MeV *Bài giải: a)Phương trình: 1 23 4 1 11 2 A Z p Na He X    [...]... kính nguyên tử 7 Hãy chọn câu đúng A Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn B Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nơtron C Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn và các nơtron D Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn, nơtron và êlectron 8 Hạt nhân nguyên tử có 82 prôtôn và 125 nơtron Hạt nhân nguyên tử này có ký hiệu: A 125 82 Pb B 82 125 Pb C 82 207 Pb D 20 7 82 Pb 23 5 92 9 Nguyên. .. C  D n 25 22 22 Cho phản ứng hạt nhân 12 Mg  x  11 Na   , hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây ? A  A  B 2 C 1 D B 23 Cho phản ứng hạt nhân 37 17 1 37 Cl  X  18 Ar  n, hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây ? 2 A 1 H D.p B 1 D 3 C 1 T 4 D 2 He 3 24 Cho phản ứng hạt nhân 1 T  X    n, hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây ? 1 2 A 1 H B 1 D 3 3 C 1 T 4 D 2 He 2 25 Cho phản ứng hạt nhân 1 H ... 18: m.N A 0, 27 .6, 02. 10 23   6, 02. 1 021 A 27 27 Một hạt nhân có 13 proton, suy ra số proton có trong 6, 02. 1 021 hạt 13 Al là: Np = 13.N = 13.6, 02. 1 021 = 7, 826 .1 022 prorton Chọn D Số hạt nhân 27 13 Al có trong 0 ,27 gam: N  Câu 19: Chọn D Câu 20 : Chọn B Câu 21 : H 1 1 1 1  t  11,4  3   0 , 125  12, 5% Chọn C H0 2 8 2 T 2 3,8 Câu 22 : Chọn D Câu 23 : Wlk   Zm p   A  Z  mn  mBe  c 2   4.1,... OX A2 4 N A A   3 2 Chọn C mX 4 N A N 0 X A1 A1 Câu 26 : Số hạt nhân 23 8 92 U có trong 59,5g: N  Số notron có trong 1 hạt m.N A 59,5.6, 02. 1 023   1,505.1 023 A 23 8 23 8 92 U là : n = 23 8 – 92 = 146 Vậy số notron có trong 1, 505.10 Chọn B Câu 27 :Chọn C Câu 28 : 23 hạt nhân U là: Nn = n.N = 146 1, 505.1 023  21 9, 73.1 023  2, 2. 10 25 23 8 92 N 1 1   N0 4 22 N 1   Mặt khác: N0 2T    2    2T... C 2. 108s D 2. 107s 4 7 Câu 65 (câu 2, mã đề 937, cao đẳng 2 0 12) : Trong các hạt nhân: 2 He , 3 Li , A 23 5 92 U B 56 26 Fe GV: Nguyễn Phước Nghĩa- THPT Lê Lợi - TP Kon Tum – Tỉnh Kon Tum 7 3 C Li 56 26 Fe và 23 5 92 U , hạt nhân bền vững nhất là 4 D 2 He 32 Vật lí hạt nhân 2 2 3 1 2 3 1 Câu 66 (câu 8, mã đề 937, cao đẳng 2 0 12) : Cho phản ứng hạt nhân : 1 D 1 D 2 He  0 n Biết khối lượng của 1 D, 2. .. 1,3.1 024 MeV B 2, 6.1 024 MeV C 5 ,2. 1 024 MeV D 2, 4.1 024 MeV 2 3 4 Câu 74 (câu 34, mã đề 958, đại học 2 0 12) : Các hạt nhân đơteri 1 H ; triti 1 H , heli 2 He có năng lượng liên kết lần lượt là 2, 22 MeV; 8,49 MeV và 28 ,16 MeV Các hạt nhân trên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về độ bền vững của hạt nhân là 2 4 A 4v A4 3 2 3 4 4 3 2 3 4 2 A 1 H ; 2 He ; 1 H B 1 H ; 1 H ; 2 He C 2 He ; 1 H ; 1 H D 1 H ; 2. .. mn  mC  c 2     6.1, 00 728  12  6  1, 00867  12, 00000  uc 2    0, 09588uc 2  0,09588.931,5  89, 4 MeV Câu 9: Chọn C Câu 10: Số hạt 23 8 92 U trong 119 gam urani 23 8 92 U là: m.N A 119.6, 02. 1 023  = 3,01.1 023 A 23 8 23 8 Trong 1 hạt 92 U có 23 8 – 92 = 146 nơ tron N 23 8 Vậy số nơ tron trong 3,01.1 023 hạt 92 U là: Nn = 146N = 146.3,01.1 023 = 439,46.1 023 = 4,3946.1 025  4,4.1 025 Chọn A Câu... 36,956563 uc 2  317, 0308MeV     W 317, 0308    lk   8,5684 MeV A 37 Chọn D Câu 15: Phương trình phản ứng hạt nhân: 23 8 92 U 23 4 92 4 A U  2  2 Z X ĐL bảo toàn điện tích: 92 = 92 + 2 + 2Z => 2Z = -2 => Z = -1 ĐL bảo toàn số nuclon: 23 8 = 23 4 + 4 + 2A => 2A = 0 => A = 0 Vậy A Z 0 X  1 e 23 8 92 U 23 4 92 4 U  2   2 0 e Chọn B 1 Câu 16: Ta có: m  m0 2 t T  20 2 3T T  20  2, 5 gam ... vận tốc bằng A .2, 41.108m/s B .2, 75.108m/s C.1,67.108m/s D .2, 24.108m/s Câu 62( câu 48, mã đề 817, đại học 20 11): Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ  và biến thành hạt nhân Y Gọi m1 & m2 ; v1 & v2; K1 & K2 tương ứng là khối lượng, tốc độ, động năng của hạt  và hạt nhân Y Hệ thức nào sau đây đúng? v1 m1 K1   v2 m2 K 2 v m K C 1  2  1 v2 m1 K 2 v2 m2 K 2   v1 m1 K1 v m K D 1  2  2 v2 m1 K1 A B Câu... nhau nên tính chất hóa học khác nhau D.Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số protôn nhưng có số nơtron khác nhau gọi là đồng vị Câu 10(câu 25 , mã đề 21 7, đại học 20 07): Biết số Avogađrô là NA = 6, 02. 1 02 3hạt. mol-1 và khối lượng mol của urani 23 8 92 U là 23 8 23 8g/mol Số nơ tron trong 119 gam urani 92 U là? A.4,4.1 025 B.8,8.1 025 C .2, 2.1 025 D.1 ,2. 1 025 Câu 11(câu 28 , mã đề 21 7, đại học 20 07): Phản ứng nhiệt . 3 23 20 0 . 44,4.10 .6, 023 .10 1 ,20 46.10 22 2 A Rn m N A    Số hạt nhân 22 2 86 Rn còn lại sau 7,6 ngày đêm (t = 2T): N = 20 20 0 0 2 1 ,20 46.10 0,30115.10 2 4 2 t T N N    Số hạt nhân. 23 8 4 0 20 6 92 2 1 82 8 6 U He e Pb     Vậy có 8 hạt nhân heli và 6 hạt electron giải phóng ra. b)Số hạt nhân 23 5 92 U có trong 1kg 23 5 92 U là: 3 23 24 . 10 .6, 023 .10 2, 563.10 23 5 A m. ứng hạt nhân 25 22 12 11 , Mg x Na     hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây ? A. .  B. C. 2 1 . D D.p. 23 . Cho phản ứng hạt nhân 37 37 17 18 , Cl X Ar n    hạt nhân X là hạt nhân