Chương 6 Đại cương về hạt nhân

Chương 6:
ĐẠI CƯƠNG VỀ HẠT NHÂN
§1. Các đặc trưng cơ bản của hạt nhân
1. Cấu tạo hạt nhân
PHẦN II VẬT LÝ HẠT NHÂN
Prôtôn và nơtrôn có tên chung là nuclôn
Số nơtrôn trong hạt nhân là N = A − Z
m
P
= 1,67252.10
−27
kg
m
n
= 1,67482.10
−27
kg
1
1
H
4
2
He
Ví dụ:
có Z = 1, A = 1
có Z = 2, A = 4
•
Đồng vị: các hạt nhân cùng số Z
Ví dụ:
1
1

H
2
1
H
3
1
H
•
Đồng phân: các hạt nhân cùng số A
36
16
S
36
18
Ar
và
Ví dụ:
Cặp hạt nhân gương
7
3
Li
7
4
Be
Ký hiệu hạt nhân của nguyên tử là
A
Z
X
là prôtôn
Hạt nhân hyđrô, dơteri và triti

là nơtrôn
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4
2
He
7
3
Li
Hạt nhân
2. Kích thước hạt nhân
R = r
0
A
1/3
r
0
≈ (1,2 ÷ 1,5) 10
−15
(m)
14
3 3 45
.

10
4 4
(1 5) . .10
3 3
p
hatnhân
m A
M
R A
ρ
π π
−
= = ≈
,
tấn/m
3
Mật độ khối lượng hạt nhân
6
2
He
R ~ R
Pb208

Giải Nobel
Biên nhòe
3. Spin và mômen từ của hạt nhân
•
Cũng giống như electrôn, prôtôn và nơtrôn có spin
•
Mômen động lượng toàn phầncủa nuclon:

•
Mômen động lượng toàn phần của hạt nhân
•
Hạt nhân gồm A nuclôn và Z prôtôn sẽ có mômen từ
i i i
j l s= +
r
r
r
i
J j=
∑
r
r
1 1 1
= ( ) + ( ) + ( )
Z Z Z
li si si
i i i
p p n
µ µ µ µ
= = =
∑ ∑ ∑
r r r r
-27
I
p
e
= =5,0505.10 J/T
2m

µ
h
Đơn vị đo mômen từ hạt nhân có tên là manhêtôn hạt nhân
•
Mômen từ của prôtôn là + 2,79276 µ
I
•
Mômen từ của nơtrôn là: − 1,91315 µ
I

Hạt nhân Mômen từ đo bằng đơn vị manhetôn hạt
nhân
+ 0,86
− 2,13
+ 3,65
− 0,55
− 1,30
− 1,29
29
Si
2
1
H
4
2
He
27
Al
40
K

91
Zr
§2. Lực hạt nhân
1. Lực hạt nhân có bán kính tác dụng vô cùng nhỏ: 10
-15
m=1fm=1fr
2. Lực hạt nhân không phụ thuộc vào điện tích
V
2 fr
≈ 3 fr
p−p
V
3. Lực hạt nhân không đơn thuần chỉ là lực hút
- -
- -
( ) ( )
hay ( ) ( )
n p p p p p p n
n p n n n n p n
π π
π π
+ + + + + +
+ + + + + +
ƒ ƒ ƒ
ƒ ƒ ƒ
4. Lực hạt nhân có tính chất bão hòa
5. Lực hạt nhân là lực trao đổi
Tương tác n – p
π
π

nuclôn
nuclôn
Tương tác nuclôn bằng trao đổi mêdôn π
0 0
0 0
( ) ( )
hay ( ) ( )
p p p p p p p p
n n n n n n n n
π π
π π
+ + + + + +
+ + + + + +
ƒ ƒ ƒ
ƒ ƒ ƒ
Tương tác n – n và p – p
6. Lực hạt nhân phụ thuộc vào Spin của các nuclôn
§3. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN
12
6
C
1 đvklnt = 1,6598. 10
–27
kg
Đơn vị khối lượng nguyên tử u(đvklnt) bằng 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị
W = mc
2
thì 1 đvklnt tương đương với 931,48 MeV. Như vậy, một hạt nhân có khối lượng
m(đvklnt) sẽ có năng lượng tương ứng là m(đvklnt) 931,48 MeV
( - ) -

p n
M Zm A Z m M∆ = +
Độ hụt khối
2
= 931,48 M (dvklnt)W Mc= −∆ − ∆
Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân
Năng lượng liên kết hạt nhân

W
A
ε
=
•
Đối với các hạt nhân nhẹ nhất, năng lượng liên kết riêng tăng nhanh từ 1,1 MeV ()
đến 2,8 MeV () và đạt giá trị 7 MeV ()
•
Đối với các hạt nhân nặng có A từ 140 ÷240 thì năng lượng liên kết riêng giảm dần,
nhưng rất chậm từ 8 MeV đến 7 MeV
•
Đối với hạt nhân trung bình với A từ 40 ÷140 thì năng lượng liên kết riêng có giá trị
lớn nhất nằm trong khoảng (8 ÷ 8,6) MeV. Điều đó giải thích tại sao các hạt nhân
trung bình lại bền vững nhất