Phản ứng hạt nhân - Tài liệu Vật lý 12

Khóa học Vật lí 12– Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Vật lí hạt nhân
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 1 -
1. Định nghĩa
Phản ứng hạt nhân là m ọi quá trình biến đổi hạt nhân dẫn đến sự b iến đổi chúng th ành các hạt k hác.
X
1
+ X
2

→
→→
X
3
+ X
4

trong đó X
1
, X
2
là các hạt tương tác, còn X
3
, X
4
là các hạt sản phẩm.
Nhận xét:
Sự phóng xạ: A → B + C
cũng là m ột dạng của phản ứng hạt nhân, trong đó A là hạt nhân m ẹ, B là h ạt nhân con v à C là hạt α hoặc β.

Một số dạng phản ứng hạt nhân
a. Phản ứng h ạt nhân tự ph át
- Là quá trình tự phân rã của m ột hạt nhân không bền v ững thành các h ạt n hân k hác.
b. Phản ứng h ạt nhân kích thích
- Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân k hác.
c. Đặc điểm của phản ứng hạt nhâ n:
 Biến đổi các hạt nhân.
 Biến đổi các nguyên tố.
 Không bảo toàn khối lượng nghỉ.
2. Các định luật bảo toàn trong phản ứn g hạt n hân
Xét phản ứng hạt nhân:
A A AA
1 2 4
3
1 2 Z3 3 4
Z Z Z
1 2 4
X X X X
+ → +

a) Định luật bảo toàn điện tích.
Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm.
Tức là: Z
1
+ Z
2
= Z
3
+ Z
4

b) Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A).
Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm.
Tức là: A
1
+ A
2
= A
3
+ A
4

c) Bảo toàn động lượng .
Trong phản ứng hạt nhân thì động lượng của các hạt trước v à sau phản ứng được bằng nhau
Tức là
1 1 2 2 3 3 4 4
1 2 3 4
p p p p m v m v m v m v
+ = + ⇔ + = +
               
d)
B
ả
o toàn n
ă
ng l
ượ
ng toàn ph
ầ
n.

Trong ph
ả
n
ứ
ng h
ạ
t nhân thì n
ă
ng l
ượ
ng toàn ph
ầ
n tr
ướ
c và sau ph
ả
n
ứ
ng là b
ằ
ng nhau. N
ă
ng l
ượ
ng toàn ph
ầ
n g
ồ
m
độ

ng n
ă
ng và n
ă
ng l
ượ
ng ngh
ỉ
nên ta có bi
ể
u th
ứ
c c
ủ
a
đị
nh lu
ậ
t b
ả
o toàn n
ă
ng l
ượ
ng toàn ph
ầ
n:
1 1 2 2 3 3 4 4
2 2 2 2
x X x X x X x X

m c K m c K m c K m c K
+ + + = + + +
Chú ý: Từ công thức tính động lượn g và động năng ta có hệ thức liên hệ giữa động lượng và động năng
2 2 2
2
2 2
2
2
2 . 2 .
2
2
2
=

=

 
⇔ ⇒ = ⇔ =
 
=
=
 


p mv
p m v
mv
p m p m K
mv
mv

K
K
,
(1)
Ví dụ 1:
Xác
đị
nh X trong các ph
ả
n
ứ
ng h
ạ
t nhân sau
a)
10 8
5 4
B o X B e
+ →α +

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: Đ
ẶNG VIỆT H
ÙNG
Khóa học Vật lí 12– Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Vật lí hạt nhân
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 2 -

b)
19 16
9 8
F p X O
+ → +

c)
95
235 139
42
92 57
n U Mo La 2X 7
−
+ → + + + β
Ví dụ 2: Cho phản ứng
206
235
82
92
U Pb x y
−
→ + α + β
Xác địn h x và y
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : x = 8 và y= 6.
Ví dụ 3: S au bao nhiêu phóng xạ α và β thì
206
232

82
92
U Pb
→

…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : 6 phóng xạ anpha và 4 phóng xạ beta.
3. Năng lượng phản ứng h ạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: X
1
+ X
2

→
→→
X
3
+ X
4

Tổng khối lượng của các hạt nhân tham g ia phản ứng :
1 2
0 X X
m m m
= +
Tổng khối của các hạt nhân sau phản ứng :
3 4
X X

m m m
= +
Do có sự h ụt khối trong từng hạt nhân nên trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khối lượng ⇒ m
0
≠ m
a) Kh i m
0
> m
Do năng lượng toàn phần của phản ứng được bảo toàn nên trong trường hợp này phản ứng tỏa m ột lượng năng lượng ,
có giá trị ∆E = (m
0
– m)c
2

Năng lượng tỏa ra này dưới dạng động năng của các hạt nhân con.
Chú ý: Tron g trường hợp này do các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt n hân ban đầu nên các hạt sinh ra bền
vững hơn các hạt ban đầu.
b) Kh i m
0
< m
Khi đó phản ứng không tự xảy ra, để nó có thể xảy ra được th ì ta phải cung cấp cho nó m ột lượng năng lượng. Trong
trường hợp n ày phản ứng được g ọi là phản ứng thu năng lượng.
Năng lượng thu vào của phản ứng có độ lớn : ∆E = |m
0
– m|c
2

Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân
37 37
17 18

Cl X n A r
+ → +

a) Xác định hạt X.
b) Phản ứng thu hay tỏa năng lượng. Tính năng lượng đó.
Cho biết khối lượng các hạt m
Cl
= 36,9566u; m
Ar
= 36,9569u; m
n
= 1,0087u; m
X
= 1,0073u; 1u = 931 MeV/c
2
.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : Phản ứng thu năng lượng 1,58 MeV.
Ví dụ 2: (Trích đề thi Tuy ển sinh Cao đẳng 2007)
Cho phản ứng hạt nhân
3
1 3
2
1 1
H H H n
+  → +
Cho biết khối lượng các hạt m
H2
= 2,0135u; m

H3
= 3,0149u; m
n
= 1,0087u; 1u = 93 1,5 MeV/c
2
.
Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng th eo đơn vị Jun.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Khóa học Vật lí 12– Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Vật lí hạt nhân
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 3 -
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Ví dụ 3: (Trích đề thi Tuy ển sinh Cao đẳng 2009)
Cho phản ứng hạt nhân
23 1 4 20
11 1 2 10
Na H He Ne
+ → +

Lấy khối lượng các hạt nhân
23
11
Na
;
20
10
Ne

;
4
2
He
;
1
1
H
l
ầ
n l
ượ
t là 22,9837 u ; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u v à 1u =
931,5 MeV/c
2
. Tính n
ă
ng l
ượ
ng t
ỏ
a ra c
ủ
a ph
ả
n
ứ
ng?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : 2,4219 MeV.
Ví dụ 4:
Cho ph
ả
n
ứ
ng h
ạ
t nhân
3 2
1 1
T D X 17,6 MeV
+ →α + +

Tính n
ă
ng l
ượ
ng t
ỏ
a ra khi t
ổ
ng h
ợ
p
đượ
c 2 g khí Heli.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Ví dụ 5: (Trích đề thi Tuy ển sinh Đại học 2002)
Cho ph
ả
n
ứ
ng h
ạ
t nhân
2 34
9 2
U Th
→α +

Cho n
ă
ng l
ượ
ng liên k
ế
t riêng c
ủ
a các h
ạ
t l
ầ
n l
ượ
t là 7,1 MeV; 7,63 MeV; 7,7 MeV.
Tính n

ă
ng l
ượ
ng t
ỏ
a ra c
ủ
a ph
ả
n
ứ
ng.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : 13,98 MeV.
Ví dụ 6: (Trích đề thi Tuy ển sinh Đại học 2009)
Cho ph
ả
n
ứ
ng h
ạ
t nhân:
3 2 4
1 1 2
T D He X
+ → +
. L
ấ

y
độ
h
ụ
t kh
ố
i c
ủ
a h
ạ
t nhân T, h
ạ
t nhân D, h
ạ
t nhân He l
ầ
n l
ượ
t là
0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c
2
. Tính n
ă
ng l
ượ
ng t
ỏ
a ra c
ủ
a ph

ả
n
ứ
ng?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
Đ/s : 17,498 MeV.
Giáo viên : Đặng Việt Hùng
Nguồn : Hocmai.vn