chuyên đề vật lý hạt nhân-phần 1 potx

V t lý h t nhân

Chuyên ñ
V t lý h t nhân

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
N i dung
A. Tóm t t ki n th c
1. C u t o c a h t nhân nguyên t
2. Phóng x
3. H th c Anhxtanh gi a năng lư ng và kh i lư ng
4. Năng lư ng liên k t c a h t nhân
5. Ph n ng h t nhân
6. Các lo i ph n ng h t nhân t a năng lư ng
B. Các bài toán cơ b n
C. Bài t p t gi i

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c
1. C u t o c a h t nhân nguyên t
H t nhân nguyên t ñư c c u t o t các h t nh hơn, g i là nuclon. Có
hai lo i nuclon: proton mang đi n tích ngun t dương +e và nơtron
khơng mang ñi n.
Ký hi u h t nhân:
A
Z

X

V iZ
N=A–Z
A

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

: s proton
: s nơtron
: S kh i


V t lý h t nhân
A. Tóm t t ki n th c (tt)
2. Phóng x
a) ð nh nghĩa: Phóng x là hi n tư ng m t h t nhân t đ ng phóng ra
nh ng b c x g i là tia phóng x và bi n đ i thành h t nhân khác. Có 3 lo i
tia phóng x :
•

Tia α

•

Tia β (β+ và β-)

•

Tia γ

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
2. Phóng x (tt)
b) ð nh lu t phóng x :
M i ch t phóng x đư c ñ c trưng b i m t th i gian T g i là chu kỳ bán rã,
c sau m i chu kỳ này thì m t n a s nguyên t h t nhân c a ch t y ñã
bi t ñ i thành ch t khác.

N0
= N0 e−λt
2t / T
m
m(t) = t /0T = m0 e−λt
2

N(t) =

V i λ=

No, mo: s nguyên t , kh i lư ng ban ñ u
N(t), m(t): s nguyên t , kh i lư ng

ln2
là h ng s phóng x
T

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

th i ñi m t


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
2. Phóng x (tt)
c) ð phóng x c a m t m u ch t phóng x ñư c ño b ng s phân rã trong
m t giây:

−dN
= λN
dt
H(t) = H0 e −λt

H=

ðơn v đo đ phóng x :

1 Bq = 1 phân rã trong m t giây.
1 Ci = 3,7.1010 Bq

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
3. H th c Anhxtanh gi a năng lư ng và kh i lư ng
N u m t v t có kh i lư ng m thì nó cũng có m t năng lư ng E t l v i
m, E g i là năng lư ng ngh : E = mc2
Trong đó c: v n t c ánh sáng trong chân khơng.
MeV
: là đơn v đo kh i lư ng.
2
c

1MeV
= 1,7827.10 −30 kg
c2
1u = 1,66055.10-27kg = 931,5

MeV
c2

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
4. Năng lư ng liên k t c a h t nhân
ð h t kh i c a h t nhân: ∆m = Zmp + (A – Z)mn – m
Trong đó mp, mn và m tương ng là kh i lư ng c a proton, nơtron và
c a h t nhân.
Năng lư ng liên k t c a h t nhân: ∆E = ∆m.c2
∆E
. H t nhân có năng lư ng liên k t riêng
Năng lư ng liên k t riêng
A
càng l n thì càng b n v ng.

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
5. Ph n

ng h t nhân

a) Ph n ng h t nhân là tương tác gi a hai h t nhân d n ñ n s bi n ñ i
c a chúng thành các h t nhân khác.
A1
Z1

A
A
A
A +Z22 B →Z33 C +Z44 D

b) Ph n ng h t nhân tuân theo các ñ nh lu t b o tồn:
• B o tồn s nuclon: A1 + A2 = A3 + A4
• B o tồn đi n tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4

uur
uu
r
uur
uur
• B o tồn đ ng lư ng: mA v A + mB vB = mC v C + mD vD
• B o toàn năng lư ng: (mA+mB)c2 + KA+ KB = (mC + mD) c2 + KC + KD

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

A. Tóm t t ki n th c (tt)
5. Ph n

ng h t nhân (tt)

c) Phóng x cũng là ph n ng h t nhân:
A→B+C
d) Năng lư ng c a ph n ng h t nhân:

Q = (Mo - M)C2
V i: Mo = mA + mB
M = mC + mD
N u Mo > M: Ph n ng t a năng lư ng
Mo < M: Ph n ng thu năng lư ng

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
A. Tóm t t ki n th c (tt)
6. Các lo i ph n

ng h t nhân t a năng lư ng

Có hai lo i ph n ng h t nhân t a năng lư ng:
• Ph n ng phân h ch: M t h t nhân r t n ng (U235 ho c Pu239) h p
th m t nơtron v thành hai h t nhân trung bình và t o ra 2-3 nơtron.
N u ph n ng phân h ch có tính dây chuy n thì nó t a ra năng lư ng
r t l n (có tác d ng tàn phá trong s n bom nguyên t ). Ph n ng
phân h ch ñư c kh ng ch trong lò ph n ng h t nhân.
• Ph n ng nhi t h ch: Hai h t nhân r t nh có th k t h p v i nhau
thành m t h t nhân n ng hơn. Ph n ng này ch x y ra

nhi t ñ

hàng trăm tri u ñ nên g i là ph n ng nhi t h ch. Con ngư i m i ch
th c hi n ñư c ph n ng này dư i d ng không ki m sốt đư c (s
n c a bom H).

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

B. Các bài toán cơ b n

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

Bài toán 1: ð nh lu t phóng x - Xác đ nh tu i c a m u v t
Phương pháp gi i
1) Gi a s nguyên t (N) và kh i lư ng (m) có m i liên h : N =

m
NA
A

V i NA = 6,022.1023 mol-1 là s Avơgrơ
A: Kh i lư ng c a m t mol ch t.
m: kh i lư ng c a m u ch t.
2) S nguyên t ho c kh i lư ng ch t phóng x còn l i
N
N(t) = t /0T = N0 e − λ t
2
m
m(t) = t /0T = m 0 e − λ t
2

th i ñi m t

No, mo: là s nguyên t ho c kh i lư ng m u
ch t

th i ñi m ban ñ u

T: chu kỳ bán rã
ln2
λ=
: h ng s phóng x .
T

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
Phương pháp gi i (tt)
3) S nguyên t ho c kh i lư ng ch t phóng x đã phân rã trong th i gian t.
∆N = N0 − N(t) = N0 (1 − e −λt )
∆m = m0 − m(t) = m0 (1 − e−λt )

4) ð phóng x là s h t nhân nguyên t phân rã trong m t ñơn v th i gian

H = λN = λNo e −λt = Ho e −λt
5) Tính tu i c a m u v t:
ð tính tu i c a m u v t, ngư i ta thư ng ño t l gi a s nguyên t (ho c
kh i lư ng) c a s n ph m phóng x và s nguyên t (ho c kh i lư ng) còn
l i c a ch t phóng x .

∆N No (λ − e−λt )
ln(α + 1)
ln(α + 1)
α=
=
= e λt − 1 ⇒ t =
=T
N(t)
No e−λt
ln2
λ
Cũng có th d a vào đ phóng x ñ tính tu i c a m u v t:
H 
H 
ln  0  T ln  0 
H(t) 
H
H 
 H(t) 
λt = ln  0  ;
=
H(t) = H0 e −λt ⇒ eλt = 0 ;
t= 
λ
H( t )
ln 2
 H(t) 
Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

V t lý h t nhân
238

Thí d 1: Chu kỳ bán rã c a
238

gam

92

92

U là T = 4,5.109 năm. ð phóng x c a 1

U là (l y 1 năm = 365 ngày; NA = 6,022.1023)

A. 15322 Bq
B. 12358 Bq
C. 13252 Bq
D. M t giá tr khác.
Gi i

Ta có:
ln 2 m
. .N A
T A
ln 2
1
.
.6,022.10 23

=
4,5.10 9.365.24.3600 238
= 12358 (Bq) ⇒ Ch ä n (B)

H = λN =

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
Thí d 2: Lúc đ u có m t m u 210 Po (poloni) nguyên ch t là ch t phóng x
84
có chu kỳ bán rã T = 138 ngày. Poloni phát ra tia α và bi n đ i thành chì 206 Pb
82
th i ñi m kh o sát ngư i ta th y kh i lư ng poloni l n g p 4 l n kh i
lư ng chì có trong m u. Tu i c a m u ch t là:
A. 45,2 ngày
B. 90,4 ngày
C. 22,5 ngày
D. 60,3 ngày

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

Thí d 2 (tt) - Gi i
S ngun t poloni cịn l i

th i đi m t:

N(t) = N0e-λt ⇒ Kh i lư ng pôloni cịn l i:
N0 e−λt .210
N(t)
m1 =
.210 =
NA
NA
S ngun t chì t o thành (b ng s nguyên t polini ñã phân rã)
∆N = N0 – N(t) = N0(1 – e-λt) ⇒ Kh i lư ng chì t o thành:
No (1 − e−λt ).206
∆N
m2 =
.206 =
NA
NA
N0 e−λt .210 4N0 (1 − e −λt ).206
=
Theo gi thi t m1 = 4m2 ⇒
NA
NA
824
 824 
− λt = ln 
Do ®ó: e−λt =
;

1034
 1034 

 824 
824
824
ln 
138ln
 T ln
1034 
1034 =
1034 = 45,2 ngày ⇒ Chän A
=
t= 
−λ
− ln2
− ln2
Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

Thí d 3: Chu kì bán rã c a
ngu n

60
27

60
27

Co x p x b ng 5 năm. Sau 10 năm, t m t

Co kh i lư ng 1g s còn l i bao nhiêu gam?

A. G n 0,75g
B. G n 0,25g
C. G n 0,50g
D. G n 0,10g
Gi i

Áp d ng công th c: m =

m0
t/T

2

=

m0 m0
=
= 0,25(g) ⇒ Chän B
22
4

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
Thí d 4: T i th i ñi m ban ñ u ngư i ta có 3,0g

222

86

Rn. Ron (Rn) là ch t

phóng x có chu kỳ bán rã T = 3,6 ngày. Trong th i gian 3 ngày, s nguyên
t Rañon b phân rã là:
A. 4,56.1021
B. 45,6.1021
C. 35,7.1021
D. 3,57.1021
Gi i
m
3
.6,022.1023
S nguyên t Rn ban ñ u là: N0 = 0 .NA =
A
222
S nguyên t Rn b phân rã trong th i gian t = 3 ngày là:

∆N = N0 − N(t) = N0 (1 − e−λt )
ln 2

−
.3
3
23
3,6
=
.6,022.10 (1 − e
) = 3,57.1021 (nguyên tö ) ⇒ Chän D

222

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân
Thí d 5: 210 Po là ch t phóng x có chu kỳ bán rã T = 140 ngày. ð đ
84
phóng x Ho c a nó gi m xu ng e l n (e là cơ s c a loga t nhiên) thì c n
kho ng th i gian là bao nhiêu?
A. 180 ngày
B. 200 ngày
C. 202 ngày
D. 240 ngày
Gi i
H = H0 e −λt ⇐ eλt =

H0
=e
H

⇒ λt = 1
t=

1
T
140
=
=
= 202 (ngày) ⇒ Chän C

λ ln2 ln2

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

C. Bài t p t gi i

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn


V t lý h t nhân

Bài 1:

60
27

Co là ñ ng v phóng x phát ra tia β- và γ v i chu kỳ bán rã T = 71,3

ngày. Tìm xem trong m t tháng (30 ngày) ch t cơ b n
nhiêu ph n trăm.
A. 25,3%
B. 16,4%
C. 30,5%
D. 40,2%

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

60
27

Co b phân rã bao


V t lý h t nhân

Bài 1:

60
27

Co là ñ ng v phóng x phát ra tia β- và γ v i chu kỳ bán rã T = 71,3

ngày. Tìm xem trong m t tháng (30 ngày) ch t cơ b n
nhiêu ph n trăm.
A. 25,3%
B. 16,4%
C. 30,5%
D. 40,2%

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

60
27

Co b phân rã bao

V t lý h t nhân

Bài 2: Ban ñ u có 2g Ron

222
86

Rn là ch t phóng x v i chu kỳ bán rã T = 3,8

222
ngày. Tính đ phóng x c a lư ng 86 Rn nói trên

A. 4,05.1016 (Bq)
B. 4,05.1015 (Bq)
C. 2,02.1015 (Bq)
D. 2,02.1016 (Bq)

Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

th i ñi m t = 1,5T.