Đang tải... (xem toàn văn)
các mẫu hạt nhân và ứng dụng mẫu giọt chất lỏngmẫu vỏ hạt nhânmẫu khí fermi , , ,
TIỀU LUẬN GVHD: BÙI ĐÌNH HỢI Các mẫu hạt ứng dụng Sinh viên thực hiện: TRẦN QUANG SANG TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tiểu luận này, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo – T.S Bùi Đình Hợi tận tình, chu đáo giúp đỡ em suốt trình em viết tiểu luận Em xin cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Vật Lý trường Đại Học Sư Phạm Huế truyền cho em vốn kiến thức suốt trình em học trường Vốn kiến thức khơng giúp em hoàn thành tốt tập lớn này, mà hành trang giúp em vững bước, tự tin để bước vào đời Em xin cảm ơn tất bạn lớp khoa ln đồng hành, giúp đỡ để em hồn thành tốt Tuy cố gắng để hoàn thành tốt, tiểu luận em không tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý thầy Em xin chân thành cảm ơn!!! Sinh viên thực TRẦN QUANG SANG MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU TIỀU LUẬN I Các mẫu hạt ứng dụng LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý học môn khoa học tự nhiên nghiên cứu nh ững d ạng v ận động tổng quát giới vật chất Từ tìm nh ững quy lu ật tổng quát cấu tạo vận động vật chất Một cách quy ước , v ật lý học chia làm nhiều lĩnh vực nghiên cứu vận động h ọc, nhi ệt học, điện – điện tử, quang học, nguyên tử hạt nhân Trong đó, Vật lý hạt nhân mơn học cấu trúc, tính chất trình biến đổi hạt nhân nguyên tử, lĩnh vực mẻ Cuối kỷ XIX người ta chưa biết hạt nhân nguyên tử cho nguyên tử phần nhỏ vật chất Tuy nhiên, nhà vật lý phát hạt nhân nguyên tử, tính chất, đặc điểm hạt nhân nguyên tử thể qua tượng vật lý vấn đề có liên quan đến hạt nhân : nuclon chuyển động tương tác với với hạt nhân, làm để giải thích đặc điểm bên hạt nhân Các nhà nhà khoa học vật lý cố gắn xây dựng lý thuyết mẫu hạt nhân , mong đưa mẫu hạt nhân hồn chỉnh, giải thích tất đặc tính mà hạt nhân nguyên tử thể qua tượng vật lý mà thường gặp, hay nhiều giải thích đa số tượng vật lý tự nhiên Bên cạnh đó, suốt kỷ XX ngành vật lý hạt nhân ngày phát triển,cho tới kỹ thuật hạt nhân ngày thâm nh ập mạnh vào nhiều ngành vật lý ứng dụng như: y học, kỹ thuật , quân sự, nông nghi ệp đặc biệt lĩnh vực lượng vật lý hạt nhân đ ược quan tâm đ ặc biệt Để giải thích đặc tính hay quy luật tượng vật lý, ng ười ta đưa giả thuyết nêu lên chất tượng Nh ưng hi ện chưa có lý thuyết hồn chỉnh giải thích tất tính chất, cấu trúc tượng phân rã c hạt nhân Đ ể gi ải thích số liệu lý thuyết thực nghiệm tiên đoán người ta xây dựng mơ hình đơn giản hóa gọi mẫu hạt nhân Chính lý nên e chọn đề tài TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu số mẫu hạt nhân ứng dụng GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Vật lý hạt nhân mơn học khó, phức tạp chí m ột lĩnh vực có nội dung tương đối rộng, đòi hỏi phải có nghiên c ứu lâu dài V ới trính độ nhiều hạn chế nên đề tài nghiên cứu số mẫu nh ư: • Mẫu giọt chất lỏng • Mẫu vỏ hạt nhân • Mẫu khí Fermi PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN Sưu tầm, phân tích, tổng hợp liệu thơng tin có liên quan sách, giáo trình, phương tiện truyền thơng đại chúng nh ư: báo, đài, tìm tài liệu mạng internet, CÁC BƯỚC THỰC HIỆN • Nhận đề tài • Nghiên cứu tài liệu có liên quan viết đề cương • Viết tiểu luận nộp cho giáo viên hướng dẫn để kiểm tra chỉnh s ửa • Hồn thành tiểu luận nộp cho giáo viên hướng dẫn TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG SỰ CẦN THIẾT CỦA CÁC MẪU HẠT NHÂN 1.1 LÝ DO XUẤT HIỆN CÁC MẪU HẠT NHÂN Cho đến ngày chưa xây dựng lý thuy ết hoàn chỉnh để giải thích tồn diện đứng đắn tất số liệu th ực nghiệm hạt nhân, vấn đề liên quan đến lý thuyết hạt nhân có th ể phân thành hai loại cấu trúc hạt nhân phản ứng hạt nhân Tuy nhiên, xây dựng lý thuyết hạt nhân ta vấp phải khó khăn : + Khơng biết xác lực tương tác nucleon h ạt nhân + Số lượng phương trình miêu tả chuy ển động c nucleon hạt nhân lớn + Không thể quan niệm hạt nhân môi trường vĩ mô liên tục Để tránh khó khăn trên, người ta phải xây dựng mẫu h ạt nhân, hạt nhân thay hệ vật lý có kh ả miêu tả tính chất hạt nhân với cách giải thích tốn h ọc đ ơn gi ản chấp nhận Mẫu hạt nhân cần giải thích tính ch ất c trạng thái hạt nhân spin , độ chẵn lẻ, momen t ừ, monmen tứ cực diện, tính chất trạng thái kích thích, mà tr ước tiên ph ổ kích thích hạt nhân, tính chất động lực học c hạt nhân nh xác suất phóng gamma mức kích thích h ạt nhân M ỗi m ẫu h ạt nhân giải thích số tính chất hạt nhân, có nhi ều mẫu hạt nhân khác 1.2 PHÂN LOẠI CÁC MẪU HẠT NHÂN Mỗi mẫu giải thích số tính chất hạt nhân Chưa có m ẫu giải thích tồn diện tượng hạt nhân Chính v ậy m ẫu riêng lẻ song song tồn Cơ sở để xây dựng mẫu hạt nhân giả thuyết độc lập tập hợp bậc tự hạt nhân Các bậc t ự c hạt nhân chia làm hai loại là: bậc tự hạt mô tả chuy ển động c TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng hạt riêng biệt, bậc tự tập thể mô tả chuyển động m ột s ố l ớn hạt Một cách tương ứng, mẫu hạt nhân phân thành hai lo ại mẫu tập thể mẫu hạt, có mẫu suy rộng tổng h ợp hai mẫu nói 1.2.1 Mẫu tập thể Mẫu tập thể mẫu dựa bậc tự tập thể nhiều hạt gọi mẫu tương tác mạnh hạt Mẫu th ể hiệu ứng tập thể hạt nhân quãng đường tự hạt nhân r ất bé so với kích thước hạt nhân Điều t ương đ ương v ới khái ni ệm cho hạt bên hạt nhân tương tác mạnh v ới v ới m ột số it hạt bên cạnh Với ý nghĩa mẫu tập thể coi h ạt nhân nh m ột gi ọt chất lỏng hay vật rắn Mẫu tập thể gồm mẫu giọt chất lỏng mẫu hạt nhân khơng có dạng hình cầu 1.2.2 Mẫu hạt Mẫu hạt dựa bậc tự hạt đ ược g ọi m ẫu hạt độc lập Trong mẫu này, quãng đường tự h ạt l ớn h ơn kích thước hạt nhân, tức hạt chuyển động độc lập th ế trung bình Mẫu hạt gồm mẫu vỏ khơng có t ương tác d mẫu vỏ có tính đến hiệu ứng cặp 1.2.3 Mẫu suy rộng Mẫu suy rộng tính đến tính chất chuyển động độc lập lẫn tính chất chuyển động tập thể hạt hạt nhân Mẫu gồm m ẫu suy rộng liên kết yếu mẫu suy rộng liên kết mạnh Hai giả thuyết mẫu suy rộng là: + Dạng cân hạt nhân xa số magic dạng elipxoit tròn xoay + Chuyển động tập thể có chuy ển động dao động chuy ển động quay không phá hoại dạng hố hạt nhân TIỀU LUẬN 1.3 Các mẫu hạt ứng dụng SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI VỀ MẪU HẠT NHÂN Mấu có dáng điệu tập thể hạt Mẫu hạt độc lập Mẫu hạt tương tác mạnh Mẫu tập thể Các mẫu hạt Mẫu fermi Mẫu lớp Mẫu thống kê Mẫu lớp hạt (khơng có tương tác dư) Mẫu hạt nhân hợp với tương tác lỗi hạt: + Nối kết yếu + Nối kết mạnh +Nối kết trung bình Mẫu lớp nhiều hạt ( có tương tác dư nucleon lớp vỏ phía ngồi chiếm đầy phần) Mẫu quay Mẫu giọt Mẫu dao động Mẫu giọt với hiệu chỉnh lớp vỏ Mẫu có dáng điệu tập thể hạt Hình 1.1 Sơ đồ phân loại mẫu hạt nhân TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng CHƯƠNG MẪU GIỌT CHẤT LỎNG 2.1 KHÁI NIỆM Mẫu giọt chất lỏng mẫu điển hình mãu tương tác mạnh (mẫu tập thể) Trong mẫu giọt chất lỏng, nucleon xem tương tác mạnh với giống phân tử giọt chất lỏng Một nucleon cho thường xuyên va chạm với nucleon khác bên hạt nhân, quãng đường tự trung bình tự nhỏ nhiều so với bán kính bán kính hạt nhân Sự chuyển động “zic-zắc” thường xuyên gợi cho hình ảnh thật chuyển động nhiệt hỗn loạn phân tử giọt chất lỏng Mẫu giọt giả thuyết nucleon va chạm thường xuyên với hạt nhân phức hợp có thời gian sống dài ph ản ứng h ạt nhân Mẫu giọt cho phép thiết lập t ương quan nhiều kiện khối lượng lượng liên kết hạt nhân; tiện ích việc giải thích phân hạch phản ứng h ạt nhân Theo mẫu hạt nhân giọt chất lỏng hình cầu mang điện khơng nén Các phần tử tạo nên chất h ạt nhân nucleon ch ỉ tương tác với nucleon bên cạnh Những chuy ển động riêng lẻ nucleon khơng gây tính chất nhân Chỉ có nh ững t ương tác mạnh nucleon tạo nên tính chất h ạt nhân Trong tất mẫu hạt nhân, mẫu giọt mẫu mẫu đơn giản Mẫu giọt N.Bohr đề năm 1936 Tuy đơn gi ản nh ưng m ẫu gi ọt ứng dụng hiệu việc giải thích nhiều tính chất hạt nhân phản ứng hạt nhân 2.2 CƠ SỞ XÂY DỰNG MẪU GIỌT CHẤT LỎNG Mẫu giọt chất lỏng hạt nhân xây dựng s giống hạt nhân giọt chất lỏng Đó là: TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng 2.2.1 Tính khơng chịu nén hạt nhân giọt chất l ỏng Mật độ hạt nhân không phụ thuộc số khối lượng A, tức khơng ph ụ thuộc vào kích thước hạt nhân, cỡ g/cm Giọt chất lỏng có mật độ bé khơng phụ thuộc vào kích th ước Đó tính khơng chịu nén hạt nhân giọt chất lỏng Mật độ hạt nhân số, không đổi với hạt nhân = nucleon/cm3 g/cm3 Đối với chất lỏng mật độ khơng ph ụ thuộc vào kích th ước nó( thể tính khơng thể nén chất lỏng) 2.2.2 Tính bão hòa lực tương tác Năng lượng liên kết trung bình nucleon có thay đổ theo số lượng A dao động khoảng từ 7,4 MeV đến 8,6 MeV , v ới giá trị trung bình khoảng 7,6 MeV Điều cho thấy nucleon h ạt nhân khơng thể tương tác không tương tác với tất nucleon lại mà tương tác với số hữu hạn nucleon gần Hiện tượng xuất phát từ tính bão hòa lực hạt nhân Giọt chất lỏng có tính chất tương tự Trong giọt chất lỏng phân tử tương tác với lực tác dụng gần, nghĩa phân t ch ỉ tác d ụng v ới m ột s ố phân tử gần Các phân tử nằm bề mặt giọt chất lỏng liên kết phía với phân tử khác Vì phía l ại t ạo nên m ột sức căng bề mặt Hình 2.1: Các nucleon chứa bên hạt nhân Dựa vào đặc tính giống mà N.Bohr J.Frenkel xây dựng mẫu giọt chất lỏng Mẫu giọt chất lỏng coi hạt nhân giọt chất TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng lỏng mang điện tích khơng nén Các phần tử tạo nên h ạt nhân nucleon, chúng tương tác với nucleon bên cạnh Năng lượng liên k ết hạt nhân gồm lượng thể tích, lượng bề mặt lượng Coulomb, tương ứng với số hạng đầu công th ức bán th ực nghiệm Weizsacker (1) Phạm vi ứng dụng mẫu giọt chất lỏng miêu tả lượng liên kết trung bình hạt nhân hàm A Z, kh ảo sát dao động bề mặt hạt nhân hình cầu giải thích định tính q trình phân hạch hạt nhân 2.3 ỨNG DỤNG CỦA MẪU GIỌT CHẤT LỎNG 2.3.1 Mô tả lượng liên kết hạt nhân Công thức bán thực nghiệm Weizsacker: (1) Ba số hạng đầu cơng thức (1) giải thích c s mẫu giọt chất lỏng • Số hạng thứ tương ứng với lượng khối Đối v ới m ột gi ọt n ước, nhiệt lượng cần thiết để bay tỉ lệ với nhiệt độ bay Nhiệt đ ộ tỉ lệ với lượng chuyển động phân tử tạo nên giọt n ước Cũng hạt nhân muốn tách thành nucleon riêng biệt ph ải đ ược cung cấp lượng thắng thắng l ượng liên k ết gi ữa nucleon Năng lượng liên kết tổng l ượng liên k ết c nucleon, , lượng liên k ết trung bình c nucleon hạt nhân • Số hạng thứ hai tương ứng với lượng mặt Đối với giọt n ước ta có sức căng mặt ngồi Đối với hạt nhân cúng tương t ự nh v ậy, nucleon bề mặt hạt nhân chịu sức hút phía phía ngồi khơng có chất hạt nhân l ượng liên kết c h ạt nhân ph ải trừ lượng tỉ lệ với diện tích bề mặt hạt nhân, tức tỉ lệ v ới • Số hạng thứ ứng với lượng đẩy tĩnh điện Coulomb Hạt nhân giọt chất lỏng tích điện dương Lực tương tác tĩnh điện hạt nhân có giá trị dương làm giảm lực liên kết Năng lượng Coulomb tỉ lệ v ới bình TIỀU LUẬN Các mẫu hạt ứng dụng Từ kết có khả tính động tồn phần neutron proton mà ta kí hiệu T N Tp Ta nhân động nucleon với số trạng thái theo cơng th ức (a), (b) lấy tích phân theo tất trạng thái nucleon, có nghĩa là: Chứng minh: TN Tp Chứng minh tương tự với Tp Gọi T= TN+Tp động toàn phần nucleon hạt nhân Khi số neutron nhiều số proton có hạt nhân tức (NZ)/A