Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Vật lý nguyên tử hạt nhân, Tài liệu,Thư viện tài liệu, tài liệu online, tài liệu trực tuyến, tài liệu hay, tài liệu học tập, tài liệu tham khảo, luận văn tốt nghiệp, đồ án tốt nghiệp, bài giảng, giáo án, luận văn, đồ án, giáo trình, chuyên đề, đề tài, Tài liệu miễn phí, Thư viện số, Thư viện online, Thư viện chia sẻ sách, ebook, báo cáo thực tập, Slide bài giảng, Tài liệu hay, Tài liệu online, Tài liệu học tập, Tài liệu chia sẽ, Download tài liệu, Tài liệu download
TRѬӠNG ĈҤI HӐC SѬ PHҤM TP HӖ CHÍ MINH TÀI LIӊU LѬU HÀNH NӜI BӜ LӠI NĨI ĈҪU V̵t lý ngun t͵ h̩t nhân h͕c ph̯n n̹m ch˱˯ng trình ÿào t̩o cho sinh viên ngành v̵t lý cͯa tr˱ͥng Ĉ̩i h͕c S˱ ph̩m H͕c ph̯n g̷n li͉n vͣi nhͷng thành tu rc rͩ ͱng dͭïng to lͣn cͯa ngành V̵t lý ngun t͵ H̩t nhân ÿ͙i vͣi cu͡c s͙ng cͯa ng˱ͥi, ÿ͙i vͣi lƭnh vc kinh t͇ khoa h͕c, kͿ thu̵t hi͏n ÿ̩i khác Giáo trình g͛m hai ph̯n: V̵t lý ngun t͵ V̵t lý h̩t nhân Ph̯n V̵t lý ngun t͵ cung c̭p cho sinh viên ki͇n thͱc c˯ b̫n v͉ m̳u ngun t͵ theo lý thuy͇t c͝ ÿi͋n, c˯ sͧ cͯa lý thuy͇t l˱ͫng t͵ ÿ͋ nghiên cͱu c̭u trúc ngun t͵; liên k͇t ngun t͵ phân t͵ nhͷng ̫nh h˱ͧng bên ngồi lên ngun t͵ bͱc x̩ Ph̯n V̵t lý h̩t nhân trình bày nhͷng v̭n ÿ͉ c˯ b̫n v͉ ÿ̿c tr˱ng cͯa h̩t nhân, m̳u c̭u trúc h̩t nhân, s phân rã phóng x̩, ph̫n ͱng h̩t nhân, l˱ͫng h̩t nhân m͡t s͙ v̭n ÿ͉ v͉ h̩t c˯ b̫n Giáo trình tài li͏u tham kh̫o cho sinh viên tr˱ͥng ÿ̩i h͕c s˱ ph̩m sinh viên cͯa tr˱ͥng Ĉ̩i h͕c, Cao ÿ̻ng khác M̿c dù ÿã c͙ g̷ng nghiêm túc vͣi cơng vi͏c biên so̩n, nh˱ng ch̷c ch̷n khơng tránh kh͗i nhͷng thi͇u sót Chúng tơi mong b̩n ÿ͕c l˱ͫng thͱ ÿóng góp nhi͉u ý ki͇n cho n͡i dung giáo trình, ÿ͋ giáo trình ngày ÿ˱ͫc hồn ch͑nh h˯n Chúng tơi xin chân thành c̫m ˯n ÿ͛ng nghi͏p ÿã ÿóng góp cho n͡i dung cͯa b̫n th̫o xin c̫m ˯n Ban ̬n B̫n Phát hành cͯa Tr˱ͥng Ĉ̩i h͕c S˱ ph̩m Tp H͛ Chí Minh ÿã t̩o ÿi͉u ki͏n giúp ÿͩ cho giáo trình sͣm m̷t b̩n ÿ͕c CÁC TÁC GIҦ PHҪN THӬ NHҨT VҰT LÝ NGUN TӰ Ch˱˯ng I CÁC MҮU NGUN TӰ THEO LÝ THUYӂT CӘ ĈIӆN Vào nhӳng năm cuӕi cӫa thӃ kӹ XIX ÿҫu thӃ kӹ XX, khám phá vӅ tia phóng xҥ Electron ngun tӱ phát ngồi ÿã làm ÿҧo lӝn tồn bӝ ý niӋm cho rҵng ngun tӱ phҫn tӱ vұt chҩt ngun vҽn nhӓ nhҩt khơng phân chia ÿѭӧc Sӵ xuҩt hiӋn cӫa tia phóng xҥ electron chӭng tӓ kích thѭӟc cӫa ngun tӱ chѭa phҧi giӟi hҥn nhӓ bé nhҩt Bên ngun tӱ chӭa ÿӵng nhiӅu hҥt có kích thѭӟc nhӓ bé hѫn Nhӳng hҥt ҩy liên kӃt vӟi tҥo nên cҩu trúc phӭc tҥp bên ngun tӱ Cho ÿӃn khoa hӑc ÿã ÿi ÿӃn nhӳng kӃt luұn xác vӅ cҩu trúc ngun tӱ nhѭng chѭa phҧi ÿã hiӇu hӃt chi tiӃt cӫa Do vұy chӍ ÿӅ cұp ÿӃn nhӳng quy luұt cѫ bҧn nhұn biӃt ÿѭӧc qua thӵc nghiӋm vӅ cҩu trúc ngun tӱ ÿӇ xây dӵng mơ hình ngun tӱ Chúng ta bҳt ÿҫu xét mүu ngun tӱ tӯ ÿѫn giҧn ÿӃn phӭc tҥp theo lý thuyӃt cә ÿiӇn bán cә ÿiӇn §1 MҮU NGUN TӰ TOMXѪN (THOMSON) Ý niӋm vӅ mүu ngun tӱ ÿѭӧc V Tomxѫn ÿӅ xuҩt lҫn ÿҫu tiên vào năm 1902 Sau ÿó lâu, vào năm 1904 J Tomxѫn ÿã xây dӵng lý thuyӃt vӅ mүu ngun tӱ dӵa ý tѭӣng cӫa V Tomxѫn Theo J Tomxѫn quan niӋm ngun tӱ có dҥng hình cҫu nhiӉm ÿiӋn dѭѫng ÿӅu khҳp vӟi bán kính cӥ 10 -8 cm Các electron có kích thѭӟc nhӓ hѫn kích thѭӟc ngun tӱ rҩt nhiӅu, ÿѭӧc phân bӕ theo quy luұt xác ÿӏnh khӕi cҫu tích ÿiӋn dѭѫng ҩy Mһt khác electron có thӇ chuyӇn ÿӝng phҥm vi kích thѭӟc cӫa ngun tӱ VӅ phѭѫng diӋn ÿiӋn tәng trӏ sӕ ÿiӋn tích âm cӫa electron bҵng ngѭӧc dҩu vӟi khӕi cҫu nhiӉm ÿiӋn dѭѫng Do vұy ngun tӱ mӝt hӋ thӕng trung hòa vӅ ÿiӋn tích Hình 1.1 Mүu ngun tӱ Tơmxѫn Ví dө: Ngun tӱ Hydrơ ngun tӱ ÿѫn giҧn nhҩt khӕi cҫu tích ÿiӋn dѭѫng (+e) electron tích ÿiӋn âm (-e) NӃu electron ӣ vӏ trí cách trung tâm ngun tӱ mӝt khoҧng r, ÿó bán kính cӫa ngun tӱ R lӟn hѫn khoҧng cách r Khi ÿó electron sӁ chӏu tác dөng cӫa lӵc tѭѫng tác tƭnh ÿiӋn Culon tӯ phía khӕi cҫu nҵm trӑn vùng giӟi hҥn bӣi bán kính r Lực tương tác hướng tâm cầu có trò số bằng: e2 e ec = K r2 = f.r F = K r2 ÿó k 4SH hӋ sӕ tӹ lӋ hӋ ÿѫn vӏ SI K = hӋ ÿѫn vӏ CGS Trӏ sӕ e’ = ~e~ Tҥi tâm ngun tӱ (r = 0) electron ӣ trҥng thái cân bҵng (F = 0), lӋch khӓi vӏ trí cân bҵng (r z 0) electron sӁ thӵc hiӋn dao ÿӝng ÿiӅu hòa quanh vӏ trí cân bҵng dѭӟi tác dөng cӫa lӵc giҧ ÿàn hӗi (f.r) vӟi f hӋ sӕ ÿàn hӗi Do ÿó electron ÿóng vai trò nhѭ mӝt dao ÿӝng tӱ ÿiӅu hòa dao ÿӝng quanh vӏ trí cân bҵng sӁ bӭc xҥ sóng ÿiӋn tӯ vӟi tҫn sӕ: Q 2S F M vӟi m khӕi lѭӧng cӫa electron Vӟi giá trӏ r = 10 -8 cm tҫn sӕ bӭc xҥ Q nҵm vùng ánh sáng nhìn thҩy NӃu ngun tӱ phӭc tҥp chӭa Z electron vӏ trí cân bҵng r0 sӁ ӭng vӟi vӏ trí cân bҵng giӳa lӵc hút tƭnh ÿiӋn cӫa electron bҩt kǤ ÿó vào tâm cӫa khӕi cҫu nhiӉm ÿiӋn dѭѫng lӵc tѭѫng tác ÿҭy lүn cӫa electron lҥi cӫa ngun tӱ Dӵa vào mүu ngun tӱ, Tomxѫn tính tốn ÿӕi vӟi ngun tӱ Hydrơ bӭc xҥ lѭӧng ÿiӋn tӯ có bѭӟc sóng vùng có trӏ sӕ cӥ Ȝ = 0,6 (m kích thѭӟc cӫa ngun tӱ bҵng: R = 3.10 -8 cm KӃt quҧ phù hӧp vӟi kӃt quҧ cho ÿѭӧc tӯ lý thuyӃt khác, ÿiӅu ÿó chӭng tӓ sӵ ÿúng ÿҳn cӫa mүu ngun tӱ Tomxѫn Ngày mүu ngun tӱ Tomxѫn ÿѭӧc xem nhѭ mӝt biӇu tѭӧng vӅ ngun tӱ mang ý nghƭa lӏch sӱ nhiӅu hѫn ý nghƭa vұt lý q ÿѫn giҧn khơng ÿӫ khҧ giҧi thích nhӳng tính chҩt phӭc tҥp cӫa quang phә bӭc xҥ cӫa ngun tӱ Hydrơ ngun tӱ phӭc tҥp khác §2 MҮU NGUN TӰ RѪDEPHO (RUTHERFORD) Khi nghiên cӭu hiӋn tѭӧng xun thҩu qua lӟp vұt liӋu cӫa hҥt mang ÿiӋn tích chuyӇn ÿӝng vӟi lѭӧng lӟn ÿã làm thay ÿәi quan niӋm vӅ cҩu trúc cӫa ngun tӱ Năm 1903 Lenard nhұn thҩy chùm hҥt ȕ lѭӧng cao dӉ dàng xun qua kim loҥi dát mӓng ĈiӅu ÿó chӭng tӓ phҫn nhiӉm ÿiӋn dѭѫng khӕi cҫu ngun tӱ khơng thӇ phân bӕ ÿӅu tồn bӝ ngun tӱ mà chӍ ÿӏnh xӭ ӣ mӝt vùng có kích thѭӟc nhӓ hѫn rҩt nhiӅu so vӟi R = 10 -8 cm Nhӳng nhұn xét cӫa Lenard ÿѭӧc Rѫdepho khҷng ÿӏnh bҵng nhӳng thí nghiӋm vӅ hiӋn tѭӧng tán xҥ hҥt Į lên kim loҥi vàng dát mӓng nhӳng năm (1908 – 1910) Tia Į chùm hҥt nhân ( 2He4 ) mang ÿiӋn tích (+2e) phát tӯ nguӗn phóng xҥ vӟi vұn tӕc lӟn Ví dө: Chҩt phóng xҥ RaC cho hҥt Į phóng xҥ vӟi vұn tӕc v § 109 cm/s tѭѫng ӭng vӟi ÿӝng E § 106 eV NӃu hѭӟng chùm hҥt Į bay chân khơng tӯ nguồn phóng xạ N qua qua khe hẹp lọc L hướng thẳng vào kim loại vàng dát mỏng V Ở phía sau vàng dát mỏng đặt kính ảnh K nơi có hạt D đập vào kính ảnh để lại vết đen thẫm so với chỗ khơng có hҥt Į ÿұp vào KӃt quҧ thí nghiӋm cho thҩy dҩu vӃt hҥt Į ÿӇ lҥi kính ҧnh khơng phҧi mӝt ÿӕm ÿen mà mӝt vùng lҩm tҩm hình tròn HiӋn tѭӧng phҧn ánh sӵ tán xҥ cӫa chùm hҥt Į xun qua vàng mӓng Rѫdepho khҧo sát hiӋn tѭӧng tán xҥ cӫa chùm hҥt Į xun qua vàng mӓng ÿã nhұn thҩy hҥt Į bӏ tán xҥ dѭӟi nhiӅu góc ÿӝ khác tӯ ș= 00 cho tӟi ș =1800 Ĉӕi vӟi nhӳng hҥt Į bӏ tán xҥ dѭӟi góc ÿӝ lӟn ș =1800 khơng thӇ giҧi thích ÿѭӧc nӃu dӵa vào mүu ngun tӱ Tomxѫn Do vұy, Rѫdepho buӝc phҧi ÿѭa giҧ thuyӃt mӟi vӅ cҩu tҥo ngun tӱ Năm 1911 Rѫdepho ÿã giҧ thiӃt nngun tӱ có mӝt trung tâm tích ÿiӋn dѭѫng hҫu nhѭ tұp trung tồn bӝ khӕi lѭӧng cӫa ngun tӱ có bán kính nhӓ hѫn bán kính ngun tӱ gҩp nhiӅu lҫn gӑi hҥt nhân ngun tӱ Kích thѭӟc cӫa ngun tӱ xác ÿӏnh bӣi khoҧng cách tӯ tâm hҥt nhân cho ÿӃn electron phân bӕ xung quanh hҥt nhân Nhѭ vұy mүu ngun tӱ Rѫdepho hồn tồn khác so vӟi mүu ngun tӱ Tomxѫn ĈӇ khҷng ÿӏnh giҧ thuyӃt vӅ mүu ngun tӱ Rѫdepho ÿã xây dӵng lý thuyӃt tán xҥ hҥt Į lên hҥt nhân ngun tӱ kiӇm nghiӋm lҥi bҵng thӵc nghiӋm Nӝi dung cӫa lý thuyӃt tán xҥ hҥt Į lên hҥt nhân ngun tӱ khҧo sát ÿӏnh lѭӧng sӵ phân bӕ cӫa hҥt Į bӏ tán xҥ theo góc tán xҥ ș ÿӕi chiӃu vӟi kӃt quҧ thӵc nghiӋm Theo lý thuyӃt tán xҥ hҥt Į lên hҥt nhân mang ÿiӋn tích dѭѫng Rѫdepho ÿӅ xuҩt thì: Hҥt Į vӟi khӕi lѭӧng m mang ÿiӋn tích (+2e) bay vӟi vұn tӕc v thâm nhұp vào vùng tác dөng cӫa trѭӡng lӵc Culon cӫa hҥt nhân mang ÿiӋn tích dѭѫng (+Ze) gây NӃu giҧ sӱ hҥt nhân (+Ze) ÿӭng n hҥt Į bay tӟi gҫn hҥt nhân sӁ bӏ lӵc ÿҭy cӫa hҥt nhân nên quӻ ÿҥo bay cӫa hҥt ( có dҥng mӝt nhánh cӫa Hyperbon (Hình vӁ) G 'P T T G F b G P G Fn +2e D D r T G 'P D N D G P0 T D T M D +Ze Hình 1.3 Minh họa lý thuyết tán xạ hạt D lên hạt nhân D D Lc t˱˯ng tác ÿ̱y tƭnh ÿi͏n Culon b̹ng: 2Ze2 (+Ze)(+2e) = K r2 F = K r2 ÿó K hӋ sӕ tӹ lӋ, r bán kính tѭѫng tác giӳa hҥt nhân (+Ze) hҥt anpha (+2e) Trên hình vӁ minh hӑa cho lý thuyӃt tán xҥ hҥt Įlên hҥt nhân trѭӡng hӧp hҥtĮ bay ngang qua cách hҥt nhân mӝt khoҧng b gӑi khoҧng nhҵm NӃu hҥt Į bay vӟi khoҧng nhҵm b nhӓ sӁ chӏu lӵc ÿҭy tƭnh ÿiӋn Culon cӫa hҥt nhân mҥnh làm cho góc tán xҥ ș lӟn, ngѭӧc lҥi bay vӟi khoҧng nhҵm b lӟn sӁ chӏu lӵc ÿҭy tƭnh ÿiӋn Culon tӯ hҥt nhân yӃu làm cho góc tán xҥ ș nhӓ Nhѭ vұy giӳa góc tán xҥ ș khoҧng chҵm b có quan hӋ tӹ lӋ nghӏch Chúng ta có thӇ thiӃt lұp quan hӋ giӳa b ș dӵa ÿӏnh luұt bҧo tồn ÿӝng lѭӧng mơmen ÿӝng lѭӧng ÿӕi vӟi trѭӡng lӵc xun tâm q trình tán xҥ cӫa hҥt anpha (+2e) lên hҥt nhân tích ÿiӋn dѭѫng (+Ze) JG G Gӑi P mv ÿӝng lѭӧng ban ÿҫu cӫa hҥt Į bay tӟi hҥt nhân (trѭӟc lúc tán xҥ), sau tán xҥ hҥt nhân theo kiӇu va chҥm ÿàn hӗi giӳa hҥt Į hҥt nhân nên ÿӝng lѭӧng hҥt G G anpha p mv Kết trình tán xạ làm xuất số gia véc tơ động lượng JG G JG véc tѫ ban ÿҫu P mv véc tѫ sau tán xҥ P véc tѫ sӕ gia ÿӝng lѭӧng bҵng: o T T G G ~'p~ = p sin = 2mv sin 2 G mv (Xem hình vӁ minh hӑa) Trӏ sӕ cӫa Mһt khác theo ÿӏnh lý vӅ xung lѭӧng ta có: t o ´ ~'p~ = µ Fn dt µ ¶ Trong ÿó Fn = F cosĮ hình chiӃu cӫa lӵc tѭѫng tác ÿҭy tƭnh ÿiӋn cӫa hҥt nhân JG (+Ze) lên hҥt Į (+2e) lên phѭѫng cӫa véctѫ sӕ gia ÿӝng lѭӧng ' p Tӯ hình vӁ cho thҩy S §T · ¨ M ¸ nên ÿó: D ©2 biӇu diӉn: M ¹ §T · Fn = FcosD = F.sin ¨2 + M ¸ ¹ © dM dM 2Ze hay dt F k M r dt o Ta có: 'p~ Ze2 S T ³ §T · sin ¨ M ¸ ©2 ¹ dM r M Cұn tích phân lҩy tӯ ij = ӭng vӟi hҥt Į bay lên tӯ bên trái bӏ tán xҥ theo mӝt nhánh Hyperbon ÿi xa vơ men theo ÿѭӡng tiӋm cұn ӭng vӟi góc ij = (ʌ - ș) Do tѭѫng tác giӳa hҥt Į vӟi hҥt nhân trѭӡng lӵc xun tâm nên mơmen ÿӝng lѭӧng bҧo tồn: L = mv.b = mM.r2 = const Suy ra: v.b = M.r2 Do ÿó ta có: o ~'p~ S-T 2Ze2 ´ §T · = v.b µsin ¨2 + M¸ dM ¹ © ¶ = 2Ze2 T 2cos v.b Ĉӗng nhҩt hai biӇu thӭc: o 'p~ 2mv.sin T o 'p~ Ze2 T cos v.b ta có: 2Ze2 T T 2mv.sin = v.b 2cos Suy kӃt quҧ: T cotg = Hàm cot g T mv2 2Ze2 b hàm nghӏch biӃn, vұy b giҧm ș tăng ngѭӧc lҥi b tăng ș giҧm KӃt quҧ ban ÿҫu ÿã phҧn ánh q trình tán xҥ cӫa mӝt hҥt Į lên mӝt hҥt nhân phù hӧp vӟi dӵ báo Trong thӵc tӃ chùm hҥt Į gӗm nhiӅu hҥt bay tӟi bӏ nhiӅu hҥt nhân kim loҥi gây tán xҥ, vұy viӋc giҧ thiӃt mӝt hҥt Į bӏ mӝt hҥt nhân gây tán xҥ chӍ trѭӡng hӧp ÿѫn giҧn hóa vҩn ÿӅ ÿӇ xem xét ban ÿҫu Bây giӡ ta xét cҧ chùm hҥt Į bay tӟi kim loҥi Ta giҧ thiӃt hҥt Į chùm hҥt bay song song cách ÿӅu Chùm hҥt Į có tiӃt diӋn ngang S Nhӳng hҥt Į bay theo khoҧng nhҵm b tӟi hҥt nhân sӁ bӏ tán xҥ dѭӟi góc ș, nhӳng hҥt Į bay theo khoҧng nhҵm (b - db) sӁ bӏ tán xҥ dѭӟi góc lӟn hѫn (ș + dș) Au dT D T b db dS = 2Sbdb Trong thӵc nghiӋm khơng thӇ xác ÿӏnh ÿѭӧc tӯng hҥt Į bӏ hҥt nhân gây tán xҥ nhѭng xác suҩt hҥt Į bӏ tán xҥ hồn tồn có thӇ xác ÿӏnh ÿѭӧc Xác suҩt hҥt Į bӏ tán xҥ mӝt hҥt nhân tӹ sӕ giӳa diӋn tích cӫa hình vành khăn bao quanh hҥt nhân: dS = 2ʌ.b.db tiӃt diӋn S cӫa chùm hҥt Į nhӳng hҥt Į; tiӃn ÿӃn gҫn hҥt nhân kim loҥi vàng Au Hình 1.4 (hình 1.4) vùng khoҧng nhҵm b biӃn thiên tӯ b ÿӃn (b + db) sӁ rѫi vào diӋn tích hình vành khăn dS = 2ʌ.b.db vùng bӏ hҥt nhân tán xҥ Còn nhӳng hҥt Į nҵm tiӃt diӋn ngang S cӫa chùm Į ngồi giӟi hҥn cӫa diӋn tích hình vành khăn dS = 2ʌ.b.db sӁ khơng bӏ tán xҥ mҥnh nhѭ vùng diӋn tích hình vành khăn ÿang xét Do vұy, xác suҩt sӕ hҥt Į bӏ 2S b.db NӃu có n hҥt nhân gây tán xҥ xác suҩt sӁ bҵng: mӝt hҥt nhân gây tán xҥ là: S 2S.b.db S N.S.G dW = (1.1) Trong ÿó: - N mұt ÿӝ ngun tӱ kim loҥi vàng gây tán xҥ (là sӕ ngun tӱ chӭa mӝt ÿѫn vӏ thӇ tích kim loҥi N n ) V - į bӅ dày kim loҥi - S tiӃt diӋn chùm hҥt Į phӫ lên bӅ mһt kim loҥi KӃt quҧ ta có: dW = 2S.b.db.N.G Tӯ biӇu thӭc: cot g T mv b Ze2 mv2 dT = 2Ze2 db §T· sin ¨2¸ © ¹ suy ra: Thay thӃ vào biӇu thӭc (1.1) ta có: T §2Ze · dW = N.G ¨ mv2 ¸ 2S cotg ¹ © dT §T· 2sin2 ¨2¸ © ¹ ĈӇ tiӋn tính tốn ta có thӇ biӇu diӉn hӋ thӭc: T T T cotg cos sin sin T = = §T· §T· §T· sin2 ¨2¸ sin4 ¨2¸ 2sin4 ¨2¸ © ¹ © ¹ © ¹ Suy ra: §2Ze · dW = N.G ¨ mv2 ¸ ¹ © 2S.sinT.dT §T· sin4 ¨2¸ © ¹ = § Ze · N.G ¨mv2¸ © d: §T· ¹ sin4 ¨2¸ © ¹ ÿó dȍ = ʌ.sinș.dș góc khӕi bao lҩy góc tán xҥ cӫa chùm hҥt Į tӯ góc ÿӝ ș ÿӃn (ș + dT) Cơng thͱc g͕i cơng thͱc R˯depho ÿ͙i vͣi q trình tán x̩ cͯa chùm h̩t Į lên kim lo̩i Cơng thͱc k͇t qu̫ cͯa lý thuy͇t tán x̩ h̩t Į lên h̩t nhân ngun t͵ kim lo̩i Năm 1913, cơng thӭc Rѫdepho ÿã ÿѭӧc kiӇm chӭng bҵng thӵc nghiӋm Nhѭ vұy giҧ thiӃt vӅ sӵ tӗn tҥi cӫa hҥt nhân ngun tӱ hồn tồn có thӇ chҩp nhұn Dӵa vào mơ hình ngun tӱ có hҥt nhân ngѭӡi ta ÿã tiӃn hành xác ÿӏnh bán kính tѭѫng tác ngҳn nhҩt giӳa hҥt nhân hҥt Į hҥt Į bay trӵc diӋn vào hҥt nhân Bán kính tѭѫng tác ngҳn nhҩt ÿѭӧc xác ÿӏnh: (+2e).(+Ze) 2Ze2 mDv2 = K = K rmin rmin Tӯ ÿó nhұn ÿѭӧc kӃt quҧ rmin ÿӕi vӟi mӝt sӕ kim loҥi có giá trӏ vào cӥ rmin § 1,13 10 -13 cm Tӯ kӃt quҧ cho phép suy ÿốn sѫ bӝ kích thѭӟc cӫa hҥt nhân ngun tӱ Nhѭ vұy nӃu kích thѭӟc ngun tӱ vào cӥ 10 -8 cm kích thѭӟc cӫa hҥt nhân vào cӥ 10 -13 cm, tӭc bán kính hҥt nhân nhӓ hѫn bán kính ngun tӱ khoҧng bұc Dӵa vào cơng thӭc Rѫdepho ÿo ÿҥc bҵng thӵc nghiӋm ÿӕi vӟi sӕ hҥt Į bӏ tán xҥ dѭӟi nhiӅu góc ÿӝ khác (quan sát dѭӟi kính hiӇn vi dҩu vӃt cӫa hҥt Į ÿӇ lҥi cҧm quang) ngѭӡi ta ÿã xác ÿӏnh giá trӏ cӫa Z ÿúng bҵng sӕ electron có mһt thành phҫn cӫa ngun tӱ trung hòa hồn tồn trùng khӟp vӟi sӕ thӭ tӵ cӫa ngun tӕ hóa hӑc bҧng tuҫn hồn ngun tӕ hóa hӑc cӫa Mendelp Theo mүu ngun tӱ có hҥt nhân electron phân bӕ khơng gian bao quanh hҥt nhân Kích thѭӟc cҩu hình cӫa electron bao quanh hҥt nhân ÿһc trѭng cho kích thѭӟc cӫa ngun tӱ Theo lý thuyӃt ÿiӋn ÿӝng lӵc hӑc Irnsoi mӝt hӋ gӗm electron mang ÿiӋn tích âm hҥt nhân mang ÿiӋn tích dѭѫng có trӏ sӕ bҵng khơng thӇ tӗn tҥi mӝt hӋ cân bҵng tƭnh tҥi mà chӍ có thӇ tӗn tҥi dѭӟi dҥng cân bҵng ÿӝng Vұn dөng lý thuyӃt Rѫdepho ÿã “bҳt” electron phҧi chuyӇn ÿӝng quanh hҥt nhân theo quӻ ÿҥo khép kín theo kiӇu tѭѫng tӵ nhѭ hành tinh chuyӇn ÿӝng quanh mһt trӡi Vì vұy, mүu ngun tӱ chӭa hҥt nhân cӫa Rѫdepho ÿѭӧc gӑi mүu hành tinh ngun tӱ ĈӇ cho hӋ ngun tӱ bӅn vӳng vӅ mһt cѫ hӑc electron chuyӇn ÿӝng quӻ ÿҥo tròn vӟi bán kính R vұn tӕc v phҧi ÿҧm bҧo cho lӵc ly tâm qn tính cӫa electron cân bҵng vӟi lӵc hút tƭnh ÿiӋn Culon cӫa hҥt nhân: Ze2 mv2 R = K R2 Mһt khác lѭӧng liên kӃt giӳa electron hҥt nhân ngun tӱ bao gӗm ÿӝng thӃ tѭѫng tác giӳa electron hҥt nhân: mv2 Ze2 K R E = + Et = ĈӇ ÿѫn giҧn ta giҧ thiӃt hҥt nhân ngun tӱ hҫu nhѭ ÿӭng n, chӍ có electron quay quanh hҥt nhân Tӯ biӇu thӭc ta suy ra: Ze2 mv2 = K 2R ThӃ vào biӇu thӭc lѭӧng liên kӃt ta có: Ze2 Ze2 Ze2 E = K 2R K R = K 2R ÿó K hӋ sӕ tӹ lӋ ( K = e ÿiӋn tích cӫa electron 4SH hӋ ÿѫn vӏ SI hay K=1 hӋ ÿѫn vӏ CGS); Nhѭng theo quan ÿiӇm ÿiӋn ÿӝng lӵc hӑc mӝt hӋ nhѭ vұy khơng thӇ tӗn tҥi bӅn vӳng electron chuyӇn ÿӝng quanh hҥt nhân tѭѫng ÿѭѫng nhѭ mӝt dòng ÿiӋn tròn khép kín có mơmen lѭӥng cӵc ÿiӋn mơmen tӯ Mơmen lѭӥng cӵc ÿiӋn cӫa ngun tӱ I sӁ quay theo kiӇu nhѭ mơmen ÿӝng lѭӧng cӫa vө quay trѭӡng lӵc hҩp dүn cӫa quҧ ÿҩt xung quanh trөc thҷng ÿӭng vng góc vӟi mһt ÿҩt Khi mơmen lѭӥng cӵc ÿiӋn I quay sӁ biӃn thiên tuҫn hồn theo thӡi gian, bӭc xҥ sóng ÿiӋn tӯ nên lѭӧng liên kӃt E sӁ bӏ giҧm dҫn, kéo theo làm cho bán kính quӻ ÿҥo cӫa electron giҧm dҫn Cuӕi electron sӁ rѫi vào hҥt nhân ngun tӱ Nhѭ vұy ngun tӱ khơng tӗn tҥi bӅn vӳng; ÿiӅu hồn tồn mâu thuүn vӟi thӵc tӃ Ngun tӱ hӋ tӗn tҥi bӅn vӳng nhѭng theo mүu ngun tӱ Rѫdepho khơng bӅn vӳng Nhѭ vұy ý tѭӣng xây dӵng mүu ngun tӱ theo kiӇu cѫ hӑc thiên thӇ khơng thành cơng Nhìn lҥi hai mүu ngun tӱ Tomxѫn Rѫdepho, ta nhұn thҩy có nhӳng mһt ÿѭӧc mһt chѭa ÿѭӧc Trong mүu ngun tӱ Tomxѫn bҳt electron “bѫi” quҧ cҫu nhiӉm ÿiӋn dѭѫng, mүu ngun tӱ Rѫdepho bҳt electron “quay quanh” hҥt nhân ÿӅu khơng hӧp lý Nhѭ vұy chӭng tӓ khơng thӇ áp dөng rұp khn cѫ hӑc cә ÿiӇn cho thӃ giӟi ngun tӱ Muӕn khӓi nhӳng bӃ tҳc chӍ có cách phҧi tӯ bӓ phѭѫng pháp truyӅn thӕng cӫa vұt lý hӑc cә ÿiӇn, sáng tҥo lý thuyӃt mӟi N.Bohr ngѭӡi ÿã ÿi theo hѭӟng tìm kiӃm lý thuyӃt mӟi cho thӃ giӟi vi mơ – thӃ giӟi ngun tӱ Nhӳng hҥn chӃ cӫa mүu ngun tӱ Rѫdepho ÿѭӧc khҳc phөc mүu ngun tӱ N Bohr §3 MҮU NGUN TӰ N BOHR Năm 1913 N Bohr ÿã xây dӵng mүu ngun tӱ Hydrơ ngun tӱ ÿѫn giҧn nhҩt ĈӇ xây dӵng mүu ngun tӱ mӟi N Bohr ÿã sӱ dөng nhӳng kӃt quҧ cӫa quang phә bӭc xҥ ngun tӱ Hydrơ, vұn dөng ý tѭӣng lѭӧng tӱ cӫa thuyӃt Plank thuyӃt photon ánh sáng cӫa Anhstanh I TÍNH QUY LUҰT CӪA QUANG PHӘ NGUN TӰ HYDRƠ Vào nhӳng năm cuӕi cӫa thӃ kӹ XIX, nghiên cӭu quang phә ngѭӡi ta nhұn thҩy bѭӟc sóng phә ngun tӱ hӧp thành nhӳng dãy vҥch xác ÿӏnh gián ÿoҥn gӑi dãy phә Năm 1885 Banme (Balmer) mӝt nhà tốn hӑc Thөy Sƭ ÿã thiӃt lұp ÿѭӧc biӇu thӭc mơ tҧ vҥch dãy quang phә bӭc xҥ cӫa ngun tӱ Hydrơ vùng ánh sáng nhìn thҩy Dãy quang phә mang tên dãy quang phә Banme Trong dãy quang phә Banme vҥch có bѭӟc sóng dài nhҩt rõ nhҩt Ȝ = 6564 A0 ÿѭӧc ký hiӋu HĮ , vҥch tiӃp thép ký hiӋu Hȕ , vӟi bѭӟc sóng Ȝ=4863 A0 Theo chiӅu giҧm cӫa bѭӟc sóng vҥch phә bӕ trí sát vào cѭӡng ÿӝ sáng yӃu dҫn cho ÿӃn mӝt vҥch giӟi hҥn mà tӯ ÿó khơng phân biӋt ÿѭӧc vҥch riêng lҿ nӳa mà chӍ thҩy mӝt dãy mӡ liên tөc Cơng thӭc Banme cho dãy quang phә Hydrơ vùng nhìn thҩy ÿѭӧc biӇu diӉn bҵng cơng thӭc: 1· §1 = R ¨22 - n2¸ Q = O ¹ © Trong ÿó: * Q gӑi sӕ sóng – sӕ bѭӟc sóng mӝt ÿѫn vӏ ÿӝ dài; n = 1, 2, 3, 4, … sӕ ngun tӵ nhiên * R hҵng sӕ Ritbe (R = 1,096776 107 m-1 )