Skkn chuyên đề vật lý hạt nhân lý thuyết cơ bản về hiện tượng phóng xạ và phản ứng hạt nhân

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong chương trình vật lý THPT dành cho học sinh chuyên lý cũng như chương trình vật lý
đại cương, kiến thức về phần Vật lý hạt nhân là một trong những phần khó, trừu tượng. Để
giúp học sinh có cách nhìn tởng qt, biết cách vận dụng các kiến thức, có được kỹ năng , tư
duy giải bài tập tớt, có thể giải được các bài trong kỳ thi Đại học, HSG tỉnh, HSG quốc gia,
khu vực, quốc tế, tôi thực hiện viết chuyên đề: VẬT LÝ HẠT NHÂN.
Sau đây tôi xin trao đổi với các đồng nghiệp về chuyên đề bao gồm:
Cấu trúc chuyên đề:
Phần I: Lý thuyết cơ bản về hiện tượng phóng xạ và phản ứng hạt nhân
Phần II: Bài tập vận dụng
Phần III: Trích bài tập trong các đề thi học sinh giỏi các cấp trong thời gian gần đây
Tài liệu tham khảo:
1.Tài liệu chuyên vật lý 12 tập 2
2. Chuyên đề bồi dưỡng hsg phần Vật lý hiện đại
3. Đề thi hsg quốc gia và đề thi quốc tế một số năm gần đây

PHẦN I: LÝ THUYẾT :
I Sơ lượcvề cấu tạo hạt nhân nguyên tử :
1. Cấu tạo hạt nhân :Tất cả các hạt nhân đều được cấu tạo từ hai loại hạt : các prơtơn tích điện
dương và các nơtrơn khơng mang điện chúng được gọi chung là các nuclôn, các đại lượng đặc trưng
của chúng theo bảng

Prôtôn

Nơtrôn

skkn


Điện tích

1,6. 10-19 C

0

Khối lượng nghỉ

1,67266. 10-27 kg

1,67496. 10-27 kg

1,007276u

1,008665u

Chú ý : u là đơn vị khối lượng nguyên tử khối lượng u bằng 1/12 khối lượng của đồng vị
, u = 1,66058.10-27 kg.
* Ký hiệu hạt nhân:

, X kí hiệu hóa học của nguyên tử.

2. Lực hạt nhân: Khi các nuclon ở cách nhau những khoảng cách rất ngắn (khoảng 10-15 m)
chúng xuất hiện những lực hút rất mạnh (chỉ tồn tại khi khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng 1fm,
ở khoảng cách lớn hơn một vài fm lực tương tác này hầu như bằng không). Lực này gọi là lực
hạt nhân . Lực hạt nhân không phụ thuộc vào điện tích của các nuclon.
Nếu coi hật nhân có dạng hình cầu thì hạt nhân có đường kính vào khoảng 10-14 m đến10-15
m

Bán kính của hạt nhân được tính theo cơng thức R = R0A1/3.

- Nếu coi thể tích hạt nhân là vùng phân bố khối lượng thì R0 = 1,4fm , ( 1fm = 10-15m).

- Nếu coi thể tích hạt nhân là vùng phân bố điện tích thì R0 = 1,2fm.
(giá trị của R0 sẽ cho trong bài toán ).
3.Độ hụt khối năng lượng hạt nhân.
Giả sử Z prôtônvà N nơtrôn lúc đầu chưa liên kết với nhau và đứng yên.
Tổng khối lượng của chúng là : m0 = Zmp +Nmn , mp và mn là khối lượng của prôtôn và
nơtrôn. Nếu lực hạt nhân liên kết các nuclon với nhau tạo thành hạt nhân có khối lượng m thì
thực nghiệm cho biết m< m0 .
Δm = m0 – m gọi là độ hụt khối .

skkn


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

ΔE = (m0 – m)C2 gọi là năng lượng liên kết .
Năng lượng liên kết tính cho một nuclon ΔE/A gọi là năng lượng liên kết riêng .Hạt nhân có
năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững .
II. Sự phóng xạ.
1.Sự phóng xạ :
Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những tia gọi là tia phóng xạ và biến
đổi thành hật nhân khác .
a. Phóng xạ an pha (α): Hạt α chính là hạt nhân của nguyên tử hêli

, tích điện +2e phóng

ra với vận tốc khoảng 107m/s.
b. Phóng xạ bêta (β): có hai loại bêta trừ β- , tích điện -e( chính là electron) và β+ tích điện
+e, cùng khối lượng với electron( cịn gọi là electron dương hay Pơzi tơn) .Vận tốc của các
hạt β rất lớn có thể gần bằng vận tốc ánh sáng
c. Phóng xạ gamma (γ): Là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 0,01nm), cũng là photon

có năng lượng cao.
Chú ý: Một chất phóng xạ chỉ phóng ra một trong các tia α hoặc β- hoặc β+, có thể kèm theo
phóng xạ γ, khơng có phóng xạ chỉ phóng ra γ.
2. Định luật phóng xạ:
a. Định luật : Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi thời gian T gọi là chu kỳ bán rã , cứ sau
mỗi chu kỳ này thì 1/2 số nguyên tử của chất ấy đã biến đổi thành chất khác.
b.Biểu thức của định luật:
+ N = N0.e-λt , N là số nguyên tử của khối chất phóng xạ tại thời điểm t, N0 là số nguyên tử lúc
đầu (t =0) của khối chất phóng xạ.
+ m = m0e-λt , m là khối lượng của khối chất phóng xạ tại thời điểm t .

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

+ λ : gọi là hằng số phóng xạ , các chất phóng xạ có hằng số phóng xạ khác nhau. Giữa hằng
số phóng xạ và chu kỳ bán rã của nó có mối liên hệ T = Ln2/λ.
c. Độ phóng xạ H : Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính
phóng xạ mạnh hay yếu , đo bằng số phân rã trong một giây .
+ Đơn vị : beccơren (Bq) = 1 phân rã trên một giây, ngồi ra cịn dùng Ci = 3,7.1010Bq.
+ H(t) = -

= λN0e- λt = λN(t) = H0e- λt , H0 = λN0 là độ phóng xạ ban đầu .

3.Phản ứng hạt nhân – Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
a. Phản ứng hạt nhân: Phản ứng hạt nhân là sự tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến
đổi của chúng thành các hạt khác .
Thí dụ : A +B →C + D

Trong số các hạt này có thể đơn giản hơn hạt nhân ( hạt sơ cấp như nuclon, electron,
photon…)
Trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân là sự phóng xạ : vế trái của phương trình trên chỉ có
hạt A gọi là hạt nhân mẹ : A → B + C, nếu B là hạt nhân mới thì nó được gọi là hạt nhân
con, C là α hoặc β.
b.Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
+ Định luật bảo tồn số nuclon(số khối A): Prơtơn có thể biến thành nơtrôn và ngược lại
nhưng tổng số nuclon ở vế trái luôn bằng tổng số nuclon ở vế phải của phương trình.
+Định luật bảo tồn điện tích (hoặc nguyển tử số) : Tổng đại số điện tích của các hạt ở vế trái
ln bằng tổng đại số điện tích của các hạt ở vế phải của phương trình .
+ Định luật bảo toàn năng lượng : Trong phản ứng hạt nhân năng lượng được bảo toàn (bao
gồm cả năng lượng thông thường và năng lượng nghỉ).

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

+ Định luật bảo toàn động lượng: Trong phản ứng hạt nhân động lượng bảo toàn .

4. Vận dụng các định luật bảo tồn cho sự phóng xạ :

d.Phóng
xạ γ: hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích và chuyển từ mức năng lượng E2 xuống mức
năng lượng dưới E1 ,đồng thời phát ra phơ tơn có tần số f xác định bởi hệ thức:
E2- E1 = hf .Khơng có sự biến đổi hạt nhân trong phóng xạ γ. Vậy phóng xạ γ đi kèm theo
phóng xạ α hoặcβ.
5.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân.
Xét phản ứng hạt nhân : A +B → C + D và giả thiết các hạt A và B đứng yên .Tổng số

Nuclôn trong phản ứng được bảo tồn .Nhưng vì các hạt A,B,C,D có độ hụt khối khác nhau,
nên tổng khối lượng nghỉ M0 = mA + mB của các hạt nhân A và B không bằng tổng khối
lượng nghỉ M = mC + mD của các hạt nhân sinh ra C và D . Có hai trường hợp có thể xảy ra :
a. M< M0 :
Phản ứng tỏa ra một năng lượng Q = (M0 – M).C2 = Ksau - Ktrước .
Trường hợp Mkhi các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu .

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

b.M>M0: Phản ứng khơng tự nó xảy ra được mà phải cung cấp cho hạt A và B năng lượng
dưới dạng động năng (bằng cách bắn A vào B chẳng hạn): W= (M –M0).C2 + K
K : là động năng của các hạt sinh ra .
* Hai loại phản ứng tỏa năng lượng:
+ Một hạt nhân rất nặng ở cuối bảng tuần hồn, như urani, plutơni …hấp thụ nơtrơn và vỡ
thành hai hạt có số khối A vào loại trung bình phản ứng này gọi là sự phân hạch.
+Hai hạt nhân nhẹ ở đầu bảng hệ thống tuần hoàn như hiđrô, hêli …kết hợp với nhau thành
một hạt nhân nặng hơn . Phản ứng kết hợp này còn gọi là phản ứng nhiệt hạch .

PHẦN II: BÀI TẬP VẬN DỤNG
I. Bài tập ví dụ:
Bài 1:
Đồng vị Kali

có tính phóng xạ β thành

. Cho chu kỳ bán rã của

1,5.109 năm. Trong các nham thạch có chứa Kali mà một phần là đồng vị

là T =
. Lúc

nham thạch còn là dung nham thì chưa có Argon nào cả. Trong một mẩu nham
thạch khảo sát, người ta thấy tỉ lệ số nguyên

và

là 7. Xác định tuổi của

nham thạch.
Hướng dẫn giải:
Phương trình phóng xạ
Số hạt nhân Kali phân rã bằng số hạt nhân Ar tạo thành nên ta có

Từ đó ta được t = 2T = 3.109 năm.

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Vậy tuổi của nham thạch là 3.109 năm.
Bài 2:
Lúc đầu có một mẫu poloni

nguyên chất là chất phóng xạ có chu kì bán rã là

138 ngày.
Các hạt poloni phát ra tia phóng xạ và chuyển thành hạt nhân chì

. Tính tuổi

của mẫu chất trên nếu lúc khảo sát khối lượng chất poloni lớn gấp 4 lần khối lượng
chì.
A. Hướng dẫn giải:
Phương trình phóng xạ
Số hạt nhân Poloni phân rã bằng số hạt nhân chì (Pb) tạo thành nên ta có

Mặt khác,
Từ (1) và (2) ta được
Từ đó ta được

(ngày).

Bài 3:
Cho prơtơn có động năng KP = 2,25MeV bắn phá hạt nhân Liti

đứng yên. Sau phản

ứng xuất hiện hai hạt X giống nhau, có cùng động năng và có phương chuyển động hợp
với phương chuyển động của prơtơn góc φ như nhau. Cho biết mP = 1,0073u; mLi =
7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2. Coi phản ứng không kèm theo phóng xạ
gamma giá trị của góc φ là?

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Giải:
Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng của vật

Phương trình phản ứng:
mP + mLi = 8,0215u ; 2mX = 8,0030u. Năng lượng phản
ứng toả ra :
ΔE = (8,0215-8,0030)uc2 = 0,0185uc2= 17,23MeV
2KX = KP + ΔE = 19,48 MeV---→ KX =9,74 MeV.
Tam giác OMN:

Suy ra φ = 83,070
Bài 4:
Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân

đứng yên, để gây ra phản ứng

. Biết phản ứng tỏa năng lượng và hai hạt α có cùng động năng. Lấy khối
lượng các hạt theo đơn vị u gần bằng số khối của chúng. Góc
α có thể là?
Giải:
Theo ĐL bảo tồn động lượng
P2 = 2mK

K là động năng

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

tạo bởi hướng của các hạt


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

KP = 2Kα + ΔE -----> KP - ΔE = 2Kα ------> KP > 2Kα
>

------>

hay

> 138,60

II. Phần bài tập tự giải
Bài 1:
Để đo chu kỳ bán rã của một chất phóng xạ
hạt bị phân rã (khi một hạt

người ta dùng một máy đếm xung để đếm số

rơi vào máy, trong máy xuất hiện một xung điện, khiến cho các

số trên bị đếm của máy tăng thêm một đơn vị). Trong phép đo lần thứ nhất, máy đếm ghi
được 340 xung trong một phút. Sau đó một ngày máy đếm chỉ ghi được 112 xung trong một
phút. Xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó?

Bài 2:
Xác định tuổi bằng C phóng xạ là một kỹ thuật được sử dụng trong khảo cổ học để đánh giá
tuổi của các vật liệu hữu cơ như gỗ và da. Nó dựa trên một thực tế là mật độ nguyên tử C14
có trong khí quyển gần như khơng đổi và có giá trị bằng 1,3 nguyên tử C14 có trong mỗi 10 12
nguyên tử C bao gồm tất cả các đồng vị. Tuy nhiên khi một cơ thể sống chết đi, C14 khơng
cịn được cung cấp nữa và bắt đầu giảm do phóng xạ
Phương trình phân rã có dạng như sau:

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

với thời gian bán rã là 5730 năm.


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

1.

Giả sử có 50g C từ một mảnh gỗ tìm được trong một ngôi mộ tiền sử. Biết khối lượng

nguyên tử trung bình của C là 2.10-26 kg, tính số N0 của nguyên tử C14 có trong gỗ khi nó là
một phần của cây sống?
2.

Có thể xác định được tuổi của ngôi mộ nếu ta biết số N các nguyên tử C14 có trong 50g

C trên. Khơng thể đếm trực tiếp số nguyên tử C14 được nhưng ta có thể đếm được tổng số
935 e phát xạ từ 50g C trong 10 phút. Tuổi của ngôi mộ bằng bao nhiêu?
3.

Một nhà khảo cổ học tuyên bố rằng đã xác định được tuổi của một cây hoá thạch là 2.10 8

năm bằng phương pháp định tuổi cacbon phóng xạ. Một nhà khoa học khác nói rằng kết quả
thật phi lý, bạn ủng hộ ý kiến của ai, giải thích lý do?
Kiến thức liên quan: C14 trong khí quyển chiếm tỉ lệ rất nhỏ so với đồng vị bền C12. C14 và
C12 kết hợp với khí oxi tạo thành khí cacbonic được cây cối hấp thụ. Như vậy mọi loài thực
vật hoặc động vật đều có chứa một hàm lượng C14. Nếu một lồi thực vật hoặc động vật cịn
sống thì lượng C14 được bổ sung do vậy tỉ lệ C14 và C12 sẽ khơng đổi. Với các loại đã chết
thì khơng được bổ sung C14 do vậy độ phóng xạ giảm đi. So sánh độ phóng xạ C14 của cây
đã chết và cây còn sống sẽ xác định được tuổi của loại đó.

Bài 3:
1.

1 proton có vận tốc v=0,9c. Tính xung lượng tương đối tính của nó ra MeV/c và kgm/s.

Cho biết khối lượng của proton mp=983,3MeV/c2
2.

Chứng minh rằng: đối với hạt chuyển động với vận tốc rất lớn (hạt tương đối tính) năng

lượng tồn phần E và xung lượng tương đối tính của hạt có khối lượng nghỉ m liên hệ với
nhau bằng hệ thức:

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Biết đối với hạt tương đối tính: E=

Kiến thức liên quan:
-

Trong trường hợp v<
-

Tuy nhiên nếu v xấp xỉ bằng c thì phải sử dụng thuyết tương đối của anhstanh

Chú ý phân biệt: khối lượng nghỉ m0 (khối lượng của vật trong hệ mà nó đứng yên), m là khối

lượng tương đối tính: khối lượng tăng khi vật chuyển động:

Bài 4:
Tại một tâm hình cầu rỗng bằng thuỷ tinh, bán kính trong bằng 8cm đã rút hết khơng khí có
đặt 0,01mg

(có chu kỳ bán rã khá lớn). Mặt trong bình cầu tráng một lớp mỏng kẽm

sunfua. Radi phát các hạt anpha đều theo mọi phương, gây nên các chớp sáng mỗi khi một
hạt anpha đập vào lớp kẽm sunfua. Thí nghiệm cho thấy trong một trăm giây đếm được 19
chớp sáng trên diện tích 0,01 mm2 (ngắm qua kính hiển vi)
1.

Tính số hạt mà 1mg Ra phát ra trong một phút?

2.

Hứng một nửa số hạt anpha tìm được ở câu 1 lên một bản của tụ điện có điện dung

C=10-11F, bản kia nối đất. Hãy tính điện tích của mỗi hạt anpha, biết rằng sau mỗi phút hiệu
điện thế giưa hai bản tụ điện là 147V (lúc đầu là 0 V
3.

Biết lượng khí heli phát ra từ 1mg trong một năm là 0,172mm 3 trong điều kiện chuẩn.

Hãy tính khối lượng một hạt anpha và số Avogadro

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Bài 5:
Một hạt nhân nguyên tử hidro chuyển động với vận tốc v đến va chạm với hạt nhân nguyên
tử

đứng yên và bị hạt nhân Li bắt giữ. Sau va chạm xuất hiện hai hạt anpha bay ra với

cùng vận tốc v’ (v’<một góc 800
1.

Viết phương trình phản ứng hạt nhân

2.

Thành lập hệ thức liên hệ giữa v, v’, , m và m’

3.

Chứng minh rằng động năng của các hạt anpha sau tương tác lớn hơn động năng của hạt

nhân ngun tử Hidro
a.

Giải thích, khơng cần tính tốn

b.

Tính vận tốc v, cho mp= 1,007u; mHe=4,00u; mLi=7,00u; u=1,66055.10-27 kg

Bài 6
Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền tự phân rã, phát ra các tia phóng
xạ và biến đổi thànhhạt nhân khác. Trong quá trình phân rã, số hạt nhân N của chất phóng xạ
ở thời điểm t tuân theo quy luật N(t) = N0

, với N0 là số hạt nhân ở thời điểm ban đầu, là

hằng số phóng xạ đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ. Nếu hạt nhân được tạo thành khơng
bền, nó sẽ tiếp tục phân rã tạo thành chuỗi phóng xạ. Trong bài này, ta xét một chuỗi phóng
xạ đơn giản.

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Cho một chuỗi phóng xạ trong đó hạt nhân A phóng xạ
phóng xạ

tạo thành hạt nhân B và hạt nhân B

tạo thành hạt nhân C bền. Giả thiết các hằng số phóng xạ của hạt nhân A và B

bằng nhau và bằng

(chưa biết giá trị). Ban đầu, mẫu chất chỉ gồm N t0 = 2.1018 hạt nhân A,

các hạt nhân B và C chưa được tạo thành.
1. Để xác định hằng số phóng xạ , người ta dùng máy đếm hạt : mỗi phân rã

sẽ tạo nên

một xung và được máy ghi nhận. Máy được mở tại thời điểm t = 0, sau các khoảng thời gian
t1 = 48 giờ và t2 = 144 giờ, máy đếm được số xung tương ứng là n1 và n2 = 2,334n1. Tính .
2. Tính số hạt nhân B tại thời điểm t2 = 144 giờ.
3. Tính số hạt

được tạo thành sau 144 giờ kể từ thời điểm t = 0.

Gợi ý: Sự phụ thuộc của số hạt nhân B vào thời gian t có thể tìm dưới dạng

,

trong đó p và q là hệ số không phụ thuộc vào thời gian và chưa biết.

Bài7
Năm 1932 ông bà Cuire dùng tia anfa bắn vào hạt nhân Marie thấy có bức xạ lạ phát ra. Bức
xạ này khơng có điện tích và khi rọi và Parafin (là chất có nhiều ngun tử hiđrơ) thì làm bật
ra các proton có động năng cực đại 5,7 MeV. Họ nghĩ rằng các bức xạ đó là photon. Nếu
dùng giả thuyết này(bức xạ lạ là photon và photon ấy va chạm đàn hồi vào proton của
parafin) thì bước sóng của photon là bao nhiêu? Nêu kết luận về giả thuyết này?
Nhà vật lý người Anh nêu giả thuyết các bức xạ ấy là hạt trung hịa có khối lượng nghỉ khác
khơng. Theo đó, chính hạt này va chạm đàn hồi vào proton đã làm cho hạt proton bật ra với

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

động năng cực đại bằng 5,7MeV. Cho hạt ấy va chạm đàn hồi vào hạt nhân nito

thì hạt

nhân này bật ra với động năng cực đại bằng 1,42 MeV(giả thuyết trong cả hai thí nghiệm hạt
m có cùng một động năng). Chứng minh rằng từ hai thí nghiệm này có thể tính m theo u? hạt
m đó là hạt gì? Tính động năng của hạt ấy trong hai thí nghiệm trên?
Cho mp= 938MeV/c2; h=6,6.10-34 J.s; 1MeV= 1,6.10-13 J; 1u=931,5 MeV/c2
Bài 8
Nếu chất phóng xạ 1 có chu kỳ bán rã T 1 rất lớn và phân rã thành chất 2 cũng là phóng xạ
nhưng có chu kỳ bán rã T2<thời điểm bất kỳ t, với T2<Với N1, N2 là các số hạt nhân hai chất ở thời điểm t;

(1)
là các hằng số phóng xạ của hai

chất ấy.
1.Nêu ý nghĩa của đẳng thức (1)
2.

là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn. Nó phóng ra hạt

và biến thành hạt Rn

( randon), cũng là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã: TRn<bình ban đầu khơng có Rn. Sau một năm người ta hút lượng khí Rn trong bình ra để đo, nó có
khối lượng m=6,47.10-6 g, có độ phóng xạ H= 1Ci, cịn khối lượng của Rn thì giảm khơng
đáng kể.
-

Viết phương trình phân rã của Ra?

-

Tính các chu kỳ bán rã của Ra và Rn. Cho số Avogadro N=6,02.1023 mol-1

-

Thực tế số hạt nhân Ra có giảm. Tính ra phần nghìn độ giảm tương đối sau một năm

-

Nếu khơng hút Rn ra sau 1 năm, mà hút sau 2 năm (kể từ ban đầu) thì khối lượng Rn đo

được là bao nhiêu?

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Kiến thức liên quan: Họ phóng xạ là một chuỗi phóng xạ mà tận cùng của chuỗi là một hạt
nhân bền .Trường hợp đặc biệt trong chuỗi phóng xạ là hiện tượng cân bằng phóng xạ hay
cân bằng thế kỷ là hiện tượng: số hạt nhân mẹ bị phân rã ( cũng là số hạt nhân con được tạo
thành) chính bằng số hạt nhân con bị phân rã. Do vậy số hạt nhân con không đổi. (chú ý
rằng ban đầu đã có sẵn hạt nhân con)
Bài 9
Đồng vị

phân rã phóng xạ

1. Viết phương trình phân rã phóng xạ của Ra và xác định hạt nhân con. Tính năng lượng toả
ra bởi sự phân rã của Ra
2. Tính động năng của các hạt

và hạt X, tính vận tốc của chúng nếu xem rằng sự phân rã

không kèm theo phát tia
3. Thực nghiệm cho thấy động năng của hạt

được sinh ra lại có những trị số rời rạc(lượng

tử hố), hãy giải thích tại sao?
4. Người ta khảo sát một mẫu Ra nguyên chất có khối lượng 1g (mới được luyện xong, khơng
có hạt nhân con)
a. Tính độ phóng xạ ban đầu của mẫu Ra đó, cho biết chu kì bán rã của Ra là T=1620 năm
b. Cho biết các hạt nhân con X vừa được tạo ra do phân rã phóng xạ của mẫu Ra đó, lại phân
rã với chu kỳ bán rã T2=3,82 ngày. Sau vài tuần, người ta thấy khối lươgj hạt X khơng thay
đổi. So sánh độ phóng xạ của Radi và hạt X khi đó, tính khối lượng của hạt X cân bằng
phóng xạ với mẫu Ra nói trên. Biết mRa= 226,0254u;m anpha=4,0015u và mX= 222,0175u
Bài 10

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Dùng hạt

có vận tốc v phá hạt nhân

đang đứng yên tạo ra hạt proton và hạt nhân X.

Hạt X bay theo trục vào tâm O của một vòng dây tròn bán kính R=0,6m, tích điện đều Q, ban
đầu cách tâm O của vòng dây một đoạn l=0,8m và dừng lại ở tâm
vòng dây. Hạt p bay vào từ trường đều B, vng góc với trục của
vịng dây, có cảm ứng từ B=0,4T thì quỹ đạo là được đinh ốc vớ
bán kính r=0,45m và bước của đinh ốc dài h=1,63m. Coi mỗi
trường chỉ tác dụng lên một hạt. Tìm điện tích Q và vận tốc v. Biết khối lượng của các hạt
nhân m =4.0015u; mp=1,0073u;mN=13,9992u; mX=16,9947u

Bài 11
Trong phân rã , đồng vị Pd112 tạo ra đồng vị Ag112, và Ag112 lại tiếp tục phân rã . Chu kỳ
bán rã tương ứng của chúng là 21h giờ và 3.2 giờ .Tìm tỉ số giữa độ phóng xạ cực đại của
đồng vị phóng xạ thứ 2 với đồng vị phóng xạ thứ nhất, giả sử lúc đầu mẫu chỉ chứa đồng vị
phóng xạ thứ nhất

PHẦN III: TRÍCH ĐỀ THI HSG MỘT SỐ NĂM
Bài 1: Sự phân hạch của các hạt nhân nặng
Sự phân hạch là q trình trong đó một hạt nhân tách ra thành các phần nhỏ hơn (các
hạt nhân nhẹ hơn). Giả thiết rằng hạt nhân với

nuclon chỉ tách thành hai phần bằng nhau

như vẽ .

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

a. Hãy tính động năng tồn phần của các sản phẩm phân hạch
hai hạt nhân nhẹ cách nhau một khoảng

, trong đó

khi các tâm của
là các bán kính của

chúng. Hạt nhân lớn lúc đầu đứng yên. (1.3 điểm)

b. Hãy giả thiết rằng

và ước tính giá trị của biểu thức cho

thu được

ở phần a) với A= 100, 150, 200 và 250 (biểu thị kết quả theo đơn vị MeV). Hãy ước lượng
các giá trị của A để cho sự phân hạch xảy ra được theo mơ hình mơ tả trên đây (1.0 điểm)

Bài 2: Các hiệu ứng tĩnh điện (Coulomb) ảnh hưởng đến năng lượng liên kết
Năng lượng tĩnh điện của một quả cầu tích điện đồng nhất (có bán kính R và điện tích

tồn phần Q0) là

, trong đó

a. Hãy áp dụng công thức này để thu được năng lượng tĩnh điện của một hạt nhân.
Trong một hạt nhân, mỗi proton khơng tác dụng lên chính nó (bằng lực Coulomb), mà chỉ tác
dụng lên các proton cịn lại. Ta có thể kể đến điều này bằng cách thay thế

trong

công thức thu được. Hãy dùng sự bổ chính này trong các nhiệm vụ tiếp theo.
b. Hãy viết công thức đầy đủ của năng lượng liên kết, bao gồm số hạng chính (thể
tích), số hạng bổ chính bề mặt và bổ chính tĩnh điện thu được.

Bài 3: Năng lượng liên kết của các hạt nhân nguyên tử – các số hạng thể tích và diện tích
bề mặt.
Năng lượng liên kết của một hạt nhân là năng lượng cần thiết để tách nó thành các
nuclon riêng rẽ; năng lượng liên kết có nguồn gốc chủ yếu từ lực hút hạt nhân của mỗi nuclon

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

với các nuclon lân cận của nó. Nếu một nuclon đã cho khơng nằm trên bề mặt hạt nhân, thì
nó đóng góp vào năng lượng liên kết tồn phần một lượng aV= 15.8 MeV (1 MeV = 1.602∙1013

J). Đóng góp của một nuclon trên bề mặt vào năng lương liên kết toàn phần là xấp sỉ aV/2.

Hãy biểu thị năng lượng liên kết

của một hạt nhân có A nuclon theo

,

, và

, và có

kế đến cả sự hiệu chính do bề mặt.

Bài 4: Hạt nhân nguyên tử như là hệ các nuclon xếp chặt
Trong một mơ hình đơn giản, một hạt nhân nguyên tử có thể được coi như một quả
bóng gồm các nuclon xếp chặt với nhau [xem Hình. 1(a)], trong đó các nuclon là các quả cầu
cứng, bán kính
vào nhau. Thể tích

. Tỉ số

fm (1 fm = 10-15 m). Lực hạt nhân chỉ có mặt khi hai nuclon chạm
của hạt nhân lớn hơn thể tích của tất cả các nuclon

, trong đó

được gọi là thừa số xếp và và cho ta tỉ số phần trăm của không

gian bị chiếm bởi vật chất trong hạt nhân.

(a)

(b)

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Hình 1. (a) Hạt nhân nguyên tử coi như một
quả bóng gồm các nuclon xếp chặt. (b) Cách xếp SC.
a. Hãy tính thừa số xếp

nếu các nuclon được bố trí theo cấu trúc tinh thể lập phương

đơn giản (simple cubic hay SC), trong đó mỗi nuclon có tâm ở một nút mạng của một mạng
lập phương vơ hạn. [xem Hình 1(b)].
Quan trọng: Trong tất cả các nhiệm vụ sau, giả thiết rằng thừa số xếp thực của các hạt

nhân bằng với thừa số xếp ở trong nhiệm vụ 1a. Nếu em khơng tính được nó, thì trong các
nhiệm vụ sau, hãy dùng

.

b. Hãy ước tính mật độ khối lượng trung bình
một hạt nhân có

, mật độ điện tích

, và bán kính

của

nuclon. Khối lượng riêng của một nuclon là 1.67∙10-27 kg.

Bài 5: Các phản ứng chuyển tải
a. Trong vật lí hiện đại, năng lượng của các hạt nhân và các phản ứng của chúng
được mô tả thông qua các khối lượng. Thí dụ, nếu một hạt nhân (với vận tốc bằng khơng) ở
trong trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản một lượng
lượng của nó là

, trong đó

đứng n. Phản ứng hạt nhân

16

, thì khối

là khối lượng của nó ở trạng thái cơ bản, lúc nó

O+54Fe→12C+58Ni là một thí dụ về cái gọi là “phản ứng

chuyển tải”, trong đó một phần của một hạt nhân (“đám””) được chuyển tải sang hạt nhân
khác (xem Hình 3). Trong thí dụ của chúng ta, phần được chuyển tải là một đám 4He (hạt

skkn
Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

).


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Phản ứng chuyển tải xảy ra với xác suất cực đại nếu vận tốc của sản phẩm phản ứng giống
đạn (trong trường hợp của, ta đó là 12C) bằng cả về độ lớn và về hướng với đạn (trong tường
hợp cuả ta: 16O). Bia

54

Fe lúc đầu đứng yên. Trong phản ứng, 58Ni được kích thích lên một

trong các trạng thái ở trên cao. Hãy tìm năng lượng kích thích của trạng thái này (và biểu thị
theo đơn vị MeV) nếu động năng của đạn 16O là 50 MeV. Tốc độ ánh sáng là c= 3∙10 8 m/s.
(2.2 điểm)
1

M(16O)

15.99491 a.m.u.

M(54Fe)

53.93962 a.m.u.

M(12C)

12.00000 a.m.u.

M(58Ni)

57.93535 a.m.u.

.
2
.
3
.
4
.
Bảng . Khối lượng nghỉ của các hạt tham gia phản ứng ở trạng thái
cơ bản.
1a.m.u.= 1.6605∙10-27 kg.
b. Hạt nhân 58Ni được tạo ra trong trạng thái kích thích được xét ở phần a), chuyển về
trạng thái cơ bản bằng cách phát ra một photon gamma theo hướng chuyển động của nó. Xét
sự phân rã này trong hệ quy chiếu trong đó 58Ni đứng n, để tìm ra năng lượng giật lùi
của 58Ni (tức là động năng mà 58Ni thu được sau khi phát ra photon). Năng lượng photon

skkn

Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan


Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan

Skkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhanSkkn.chuyen.de.vat.ly.hat.nhan.ly.thuyet.co.ban.ve.hien.tuong.phong.xa.va.phan.ung.hat.nhan