phân tích chương trình vật lý phổ thông chuong hat nhan nguyên tử

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
------  -----

TIỂU LUẬN
HỌC PHẦN:
NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THƠNG
Đề tài:
NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC PHẦN
“HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” VẬT LÝ 12 THPT

Giảng viên hướng dẫn:

Học viên thực hiện:

PGS.TS.Lê Công Triêm

Lê Thanh Bình
Phạm Thị Yến Ly
Lớp: LL&PPDH BM Vật lý K24

Huế, tháng 3 năm 2016

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

MỤC LỤC
A – TỔNG QUAN....................................................................................................................5
B – PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG...................................................7
I. Cấu tạo hạt nhân....................................................................................................................7
1. Lịch sử phát triển hạt nhân nguyên tử...............................................................................7
1.1. Mẫu nguyên tử Thomson ..........................................................................................8
1.2. Mẫu nguyên tử Rutherford ........................................................................................8
2. Cấu tạo hạt nhân .............................................................................................................10
2.1. Cấu tạo hạt nhân ......................................................................................................10
2.2. Đồng vị, đồng trọng và đồng neutron .....................................................................10
2.3. Kích thước hạt nhân ................................................................................................10
2.4. Đơn vị khối lượng nguyên tử ..................................................................................11
II. Lực hạt nhân.......................................................................................................................12
1. Khái niệm .......................................................................................................................12
2. Các đặc điểm của lực hạt nhân........................................................................................12
2.1. Lực hạt nhân là lực tác dụng ngắn...........................................................................12
2.2. Lực hạt nhân không phụ thuộc vào điện tích...........................................................12
2.3. Lực hạt nhân có tính chất bão hòa............................................................................13
2.4. Lực hạt nhân là lực trao đổi.....................................................................................13
2.5. Lực hạt nhân phụ thuộc Spin của các nuclon...........................................................13
III. Năng lượng liên kết...........................................................................................................13
1. Độ hụt khối......................................................................................................................13
2. Năng lượng liên kết hạt nhân..........................................................................................14
IV. Phóng xạ...........................................................................................................................15
1. Sự phóng xạ ....................................................................................................................15
2. Hiện tượng phóng xạ.......................................................................................................15

3. Các tia phóng xạ..............................................................................................................17
3.1. Tia alpha (kí hiệu là )...............................................................................................17
3.2. Tia beta (kí hiệu là ).................................................................................................17
3.3. Tia gammar (kí hiệu là )...........................................................................................18
4. Định luật phân rã phóng xạ.............................................................................................18
5. Phóng xạ nhân tạo...........................................................................................................20
6. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ...............................................................................20
V. Phản ứng hạt nhân..............................................................................................................21
1. Phản ứng hạt nhân ..........................................................................................................21
1.1. Định nghĩa................................................................................................................21
1.2. Các loại tương tác hạt nhân .....................................................................................22
1.3. Cơ chế phản ứng hạt nhân .......................................................................................22
2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân ............................................................22
3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân..............................................................................23
4. Vận dụng các định luật bảo tồn vào sự phóng xạ. Quy tắc dịch chuyển:......................24
4.1. Phóng xạ α................................................................................................................24
4.2. Phóng xạ β ...............................................................................................................24
4.3. Phóng xạ γ................................................................................................................25
5. Phản ứng hạt nhân nhân tạo............................................................................................25
6. Máy gia tốc......................................................................................................................25
6.1. Cyclotron.................................................................................................................26
6.2. Máy gia tốc tĩnh điện Van de graaff.........................................................................28
1. Neutron............................................................................................................................28
2. Sự phân hạch của Urani..................................................................................................30
2.1. Định nghĩa................................................................................................................30
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

2

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

2.2. Đặc điểm .................................................................................................................30
2.3. Điều kiện xảy ra phản ứng dây chuyền....................................................................31
2.4. Cơ chế phân hạch.....................................................................................................32
3. Lò phản ứng hạt nhân – Nhà máy điện nguyên tử ........................................................32
3.1. Lò phản ứng hạt nhân...............................................................................................32
3.2. Nhà máy điện nguyên tử..........................................................................................33
3.3. Nhà máy điện hạt nhân.............................................................................................34
3.4. Một số ứng dụng trong y học...................................................................................34
3.5. Thảm họa của bom phân hạch (bom A)...................................................................35
VII. Phản ứng nhiệt hạch và năng lượng nhiệt hạch...............................................................35
1. Điều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch........................................................................36
2. Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ....................................................................................36
3. Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển...........................................................................37
4. Phản ứng nhiệt hạch điều khiển .....................................................................................38
5. Phương pháp sử dụng thực tế năng lượng phản ứng nhiệt hạch.....................................39
KẾT LUẬN.............................................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................41

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

3


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

MỞ ĐẦU
Hiện nay, đổi mới phương pháp dạy học đã và đang là phong trào góp phần làm
đổi mới tồn diện nền giáo dục Việt Nam. Trong dạy và học Vật lý, đổi mới phương
pháp dạy học còn là một yêu cầu cấp thiết.
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, là mơn học giúp giải thích những hiện
tượng vật lý xảy ra trong cuộc sống thường ngày. Thế nhưng, phần lớn học sinh hiện
nay học vật lý không phải để thỏa mãn sự hiểu biết của mình đối với những hiện
tượng trong cuộc sống, cũng không biết và không cần áp dụng kiến thức vật lý vào
trong cuộc sống mà chủ yếu học vật lý để kiểm tra có thể đạt kết quả cao. Vậy làm
thế nào để kiến thức vật lý trở nên gần gũi, sinh động và hứng thú hơn đối với học
sinh?
Để đạt được điều này cần xuất phát từ kinh nghiệm vốn hiểu biết và nhu cầu
nhận thức của học sinh mà tìm ra cách hình thành kiến thức phù hợp nhằm khơi gợi
sự hứng thú của học sinh, đồng thời để đáp ứng mục tiêu của bài học. Mục tiêu được
cụ thể hóa bằng chuẩn kiến thức và kĩ năng của bộ môn nhằm giúp học sinh đạt được
một hệ thống kiến thức cơ bản phù hợp với những quan điểm hiện đại. Đó là những
kiến thức cơ bản cần thiết cho việc nhận thức đúng các hiện tượng tự nhiên, cho cuộc
sống hằng ngày và cho việc lao động trong nhiều ngành kĩ thuật.
Muốn vậy, giáo viên không chỉ biết vận dụng thuần thục các phương pháp,
phương tiện dạy học mà cần phải nắm vững những kiến thức trong sách giáo khoa
cũng như phải có một tầm nhìn sâu rộng về vấn đề đó, đây là điều kiện tiên quyết đối
với một giáo viên để có thể giảng dạy tốt.
Trong khi hiện nay có rất nhiều tư liệu điện tử, sách bài tập theo lớp, theo các
chủ đề, thì những cuốn sách tư liệu, mở rộng kiến thức giúp cả người dạy lẫn người
học đọc hiểu và hiểu sâu thêm những vấn đề được trình bày trong sách giáo khoa vật
lý phổ thơng nói chung và chương “Hạt nhân ngun tử” nói riêng vẫn cịn rất hạn
chế.
Vì vậy, với mong muốn hiểu sâu sắc về các kiến thức cũng như làm tư liệu tham
khảo sau này, chúng tôi chọn đề tài cho học phần Nghiên cứu chương trình vật lý phổ

thông: “Nghiên cứu nội dung kiến thức phần: “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12
THPT”.

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

4


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

NỘI DUNG
A – TỔNG QUAN
Hạt nhân nguyên tử là chương nghiên cứu cấu tạo và sự tương tác của các
nguyên tử.
Nhiệm vụ của chương này trong chương trình vật lý bậc trung học phổ thơng là
trình bày một cách có hệ thống và chính xác hóa một số kiến thức cơ bản của nguyên
tử và hạt nhân mà học sinh đã được học ở bậc trung học cơ sở, cụ thể là nghiên cứu
cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, những định luật về phóng xạ và định luật bảo tồn
trong phản ứng hạt nhân.
Do đó, học sinh cần đạt được yêu cầu về chuẩn kiến thức và kĩ năng như sau:
* Về mặt kiến thức:
- Nêu được lực hạt nhân và các đặc điểm của lực hạt nhân.
- Nêu được độ hụt khối của hạt nhân và viết được công thức tính độ hụt khối.
- Nêu được năng lượng liên kết hạt nhân của hạt nhân và viết được cơng thức
tính năng lượng liên kết của hạt nhân.
- Nêu được phản ứng hạt nhân.
- Phát biểu được định luật bảo toàn bảo tồn số khối, bảo tồn điện tích, bảo
tồn động lượng và bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân.

- Nêu được hiện tượng phóng xạ.
- Nêu được thành phần và bản chất của các tia phóng xạ.
- Phát biểu được định luật phóng xạ và viết được hệ thức của định luật này.
- Nêu được độ phóng xạ và viết được cơng thức tính độ phóng xạ.
- Nêu được ứng dụng của các đồng vị phóng xạ.
- Nêu được phản ứng phân hạch và viết được một phương trình ví dụ về phản
ứng này.
- Nêu được phản ứng dây chuyền và các điều kiện để phản ứng này xảy ra.
- Nêu được các bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân.
- Nêu được phản ứng nhiệt hạch và điều kiện để phản ứng này xảy ra.
- Nêu được những ưu điểm của năng lượng do phản ứng nhiệt hạch toả ra.
* Về mặt kĩ năng:
- Tính được độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân.
- Viết được phương trình phản ứng hạt nhân và tính được năng lượng toả ra
hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.
- Vận dụng được định luật phóng xạ và khái niệm độ phóng xạ để giải được
các bài tập.
Sơ đồ cấu trúc chương “Hạt nhân nguyên tử” như sau:

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

5


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Hạt nhân nguyên tử

Phản ứng hạt nhân

Cấu tạo
hạt nhân

Cấu
tạo

Đồn
g vị

Lực hạt
nhân

Năng lượng
liên kết

Độ hụt
khối

Biểu
thức

Xác định độ hụt
khối và năng lượng
liên kết

Phóng xạ

Hiện

tượng

Tia
phóng xạ

Khái
niệm

Định
luật

Vận dụng định luật
phóng xạ và độ
phóng xạ

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

Các ĐLBT
trong PƯHN

Năng lượng
phản ứng

Đồn
g vị

Viết PTPƯ
hạt nhân

Tính năng

lượng phản ứng

Phản ứng
phân hạch

Phản ứng
nhiệt hạch


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

B – PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG
I. Cấu tạo hạt nhân
Mở đầu trình bày sơ lược về lịch sử hình thành và phát triển của ngành Vật lý
“Hạt nhân ngun tử” giúp học sinh có cái nhìn tổng quan hơn quá trình phát triển
cũng như tên tuổi của các nhà khoa học có đóng góp quan trọng.
1. Lịch sử phát triển hạt nhân nguyên tử
Trong quá trình tìm hiểu cấu tạo của các chất, người ta càng đi sâu vào phạm vi
các kích thước ngày càng nhỏ, nhỏ hơn kích thước của phân tử, nguyên tử.
− Đầu thế kỉ XIX, nhà bác học Danton để xây dựng giả thuyết ngun tử để giải
thích một số q trình hóa học. Ông cho rằng vật chất gồm những nguyên tử giống
như những hòn bi hút và đẩy nhau.
− Năm 1895, Rơnghen phát minh ra một bức xạ mới, có khả năng xuyên thấu
những vật chắn sáng và ion hóa chất khí. Bức xạ đó được gọi là tia X.
− Năm 1897, Thomson tìm ra electron và đo được tỉ số

e
.

m

− Năm 1903, Thomson đã đưa ra mơ hình ngun tử đầu tiên là một quả cầu
nhỏ mang điện tích dương, bên trong có chứa các electron nằm rải rác ở mọi chỗ.
− Năm 1904, Nagaôca đề xuất một mẫu nguyên tử khác bao gồm một hạt nhân
mang điện tích dương và các electron quay quang hạt nhân trên một đường tròn.
− Năm 1908, Perrin xác định được giá trị của số A-vô-ga-đrô, chứng minh sự
tồn tại của nguyên tử.
− Vào các năm 1909 ÷ 1911, Rutherford tìm ra sự tồn tại hạt nhân trong nguyên
tử và đã đề xuất ra cấu tạo nguyên tử gồm có hạt nhân và các electron.
− Năm 1913, Bohr (1885 -1962) đề xuất mẫu mới có thể giải thích được quang
phổ của ngun tử Hidro.
− Năm 1920, Rutherford phát hiện hạt nhân hidro là hạt nhân nhỏ nhất, hạt nhân
của mọi chất khác đều do các hạt nhân Hidro liên kết tạo thành. Ông gọi hạt nhân Hidro là
proton.
− Năm 1922, Rutherford tìm ra hạt neutron.
− Năm 1929, Pauli phát hiện ra hạt notrino.
− Năm 1934, hai vợ chồng Iren và Frederic Giolio Curie tạo ra được những hạt
nhân phóng xạ nhân tạo.
− Sau đó Iren Giolio Curie, Maitne, Otto Friso phát hiện ra sự phân hạch, phản
ứng dây chuyền. Từ đó, xây dựng cơ sở khoa học của việc giải phóng và sử dụng năng
lượng hạt nhân.
− Tháng 8 năm 1945, Mĩ đã thả hai quả bom nguyên tử xuống Hiroshima và
Nagasaki (Nhật).
− Sau chiến tranh thế giới thứ hai, Mĩ tiếp tục nghiên cứu chế tạo bom khinh khí
(bom nhiệt hạch).
− Năm 1954, Liên Xô vận hành nhà máy điện nguyên tử đầu tiên của nhân loại.
− Năm 1959, Liên Xô hạ thủy tàu phá băng đầu tiên chạy bằng năng lượng
nguyên tử.

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

1.1. Mẫu nguyên tử Thomson

Joseph John Thomson

Tới thế kỉ XIX quan niệm về nguyên tử là phần tử cuối cùng không phân li được
do Democritos đề xướng từ thế kỉ thứ V, trước công nguyên đã không thể tồn tại được
nữa. Bởi vì ngay từ sự kiện khám phá ra các hạt electron (1897) đã cho người ta nhận
thấy rằng nguyên tử phải có những thành phần và những cấu trúc nhất định.
Năm 1903, Thomson, nhà vật lý người Anh, đã đưa ra mơ hình ngun tử cụ thể
đầu tiên. Theo Thomson, ngun tử có dạng hình cầu với kích thước vào bậc Angstron
(1Å = 10-10 m) tích điện dương dưới dạng một mơi trường đồng chất, cịn các elctrron
thì phân bố rải rác và đối xứng bên trong hình cầu đó.(Hình 1.1)

Hình 1.1
Điện tích dương của mơi trường và điện tích âm của các electron bằng nhau để
đảm bảo tính trung hồ về điện của ngun tử. Mơ hình này cịn được gọi là mẫu
nguyên tử “bánh hạt nhân”.
Trong thời gian dài mẫu nguyên tử của Thomson có vẻ như hợp lý. Nhưng sau
khi kiểm nghiệm lại mẫu bằng cách cho những hạt đi xuyên sâu vào bên trong hạt
nhân thì kết quả khác so với đoán nhận lý thuyết theo mẫu Thomson.
Ngày nay mẫu nguyên tử Thomson được xem như một biểu tượng về nguyên tử
mang ý nghĩa lịch sử nhiều hơn là ý nghĩa vật lí vì nó q đơn giản khơng đủ khả năng
giải thích những tính chất phức tạp của quang phổ bức xạ của nguyên tử Hidro và các

nguyên tử phức tạp khác.
1.2. Mẫu nguyên tử Rutherford
Trước năm 1911, nguyên tử được cho là có cấu trúc tn theo mơ hình của
Thomson, gồm các hạt tích điện dương đan xen với các electron.
Năm 1909, theo sự chỉ đạo của Rutherford, Hans Geiger và Ernest Marsden tiến
hành thí nghiệm, mà sau này gọi là thí nghiệm Rutherford, tại Đại học Manchester. Họ
chiếu dòng hạt alpha vào các lá vàng mỏng và đo số hạt alpha bị phản xạ, truyền qua
và tán xạ. Họ khám phá ra một phần nhỏ các hạt alpha đã phản hồi lại.
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ mơn Vật lý K24

8


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Nếu cấu trúc ngun tử có dạng như mơ hình của Thomson thì sự phản hồi xảy
ra rất yếu, do nguyên tử là mơi trường trộn lẫn giữa điện tích âm (của điện tử) và điện
tích dương (của proton), trung hịa điện tích và gần như khơng có lực tĩnh điện giữa
ngun tử và các hạt alpha.
Năm 1911, Rutherford giải thích kết quả thí nghiệm, với giả thiết rằng nguyên tử
chứa một hạt nhân mang điện tích dương nhỏ bé trong lõi, với những điện tử mang
điện tích âm khác chuyển động xung quanh nó trên những quỹ đạo khác nhau, ở giữa
là những khoảng khơng. Khi đó, hạt alpha khi nằm bên ngồi ngun tử khơng chịu
lực Coulomb, nhưng khi đến gần hạt nhân mang điện dương trong lõi thì bị đẩy do hạt
nhân và hạt alpha đều tích điện dương. Do lực Coulomb tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách nên hạt nhân cần có kích thước nhỏ để đạt lực đẩy lớn tại các khoảng
cách nhỏ giữa hạt alpha và hạt nhân.
Mơ hình ngun tử của Rutherford là mơ hình đầu tiên đề xuất một hạt nhân nhỏ

bé nằm tại tâm của nguyên tử, có thể coi là sự khai sinh cho khái niệm hạt nhân
nguyên tử. Sau khám phá này, việc nghiên cứu về nguyên tử được tách ra làm hai
nhánh, vật lý hạt nhân nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử, và vật lý nguyên tử nghiên
cứu cấu trúc của cácelectron bay quanh.
Tuy nhiên, mơ hình Rutherford có cách nhìn cổ điển về các hạt electron bay trên
quỹ đạo như các hành tinh bay quanh Mặt Trời; khơng thể giải thích được cấu trúc quỹ
đạo của electron liên quan đến các q trình hóa học; đặc biệt khơng giải thích được
tại sao ngun tử tồn tại cân bằng bền và electron không bị rơi vào trong hạt nhân. Dù
cho nó khơng chính xác, mơ hình ngun tử Rutherford thường được dùng trong các
minh họa trong các phương tiện thông tin đại chúng như là biểu tượng cho ngun tử.
Ví dụ như mơ hình này được vẽ trên cờ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế.

Hình 1.2. Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford
Nhìn lại hai mẫu nguyên tử Thomson và Rutherford, ta nhận thấy có những mặt
được và chưa được. Trong mẫu nguyên tử Thomson bắt các electron “bơi” trong quả
cầu nhiễm điện dương, còn trong mẫu nguyên tử Rutherford bắt các electron “quay
quanh” hạt nhân đều khơng hợp lý. Điều đó chứng tỏ khơng thể áp dụng rập khuôn cơ
học cổ điển cho thế giới nguyên tử. Muốn thoát khỏi những bế tắc này chỉ có cách phải
từ bỏ các phương pháp truyền thống của vật lý học cổ điển, sáng tạo ra lý thuyết mới.
Bo (N.Bohr) là người đã đi theo hướng tìm ra lý thuyết mới cho thế giới vi mô thế giới
nguyên tử. Những hạn chế của mẫu nguyên tử Rutherford được khắc phục trong mẫu
nguyên tử Bo.
Các nhà vật lí học chưa dừng lại ở đó mà vẫn tiếp tục đi sâu vào cấu tạo bên
trong của hạt nhân nguyên tử. Vấn đề này đã đựơc giải quyết cơ bản vào năm 1932 khi
James Chadwick tìm ra hạt neutron.

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

9

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

2. Cấu tạo hạt nhân
2.1. Cấu tạo hạt nhân
Theo giả thuyết của Dmitri Ivanenko - Werner Karl Heisenberg đưa ra năm 1932
thì hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi hai loại hạt:
+ Proton (kí hiệu là p): hạt mang điện tích dương về trị số tuyệt đối bằng điện
tích của electron 1,6.10-19C và có khối lượng bằng khối lượng của hạt nhân hiđrơ (m p =
1,67262.10-27kg).
+ Neutron (kí hiệu là n): hạt trung hịa điện, có khối lượng lớn hơn một ít so với
khối lượng proton (mn = 1,67493.10-27kg).
Thực nghiệm đã xác nhận giả thuyết của Dmitri Ivanenko - Werner Karl
Heisenberg là đúng, hạt nhân được cấu tạo bởi hai loại hạt proton và neutron gọi
chung là nuclon. Số proton trong hạt nhân bằng bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong
bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev; Z được gọi là ngun tử số (cịn gọi là điện tích
hạt nhân, có giá trị bằng số điện tích ngun tố trong hạt nhân). Tổng số các nuclon
trong hạt nhân gọi là số khối lượng (kí hiệu là A). Do đó, số neutron trong hạt nhân sẽ
là N = Z – A
Hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học X được kí hiệu là ZA X (với X là
tên nguyên tố tương ứng)
2.2. Đồng vị, đồng trọng và đồng neutron
- Đồng vị: là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton Z nhưng có số
neutron N khác nhau.
Hiđrơ có ba đồng vị: hiđrơ thường 11H ; Dotri 12 H (hay 12 D ) và Triti 13 H (hay 31T )
Số khối A của các hạt nhân đều là số ngun. Ngun tử hiđrơ có số khối nhỏ
nhất 1, đó là hạt nhân cấu tạo bởi một proton. Hạt nhân của các nguyên tử nhân tạo có
số khối lớn hơn có thể lên tới 260. Hạt nhân tự nhiên có số khối lớn nhất là Urani (A =

238). Hiện nay đã tìm được gần 300 đồng vị bền, 60 đồng vị phóng xạ thiên nhiên và
gần 3000 đồng vị phóng xạ nhân tạo.
- Đồng trọng: là những nguyên tử mà hạt nhân có số khối A giống nhau nhưng
số Z khác nhau (gọi là những hạt nhân đồng khối lượng).
123
Ví dụ: 1636 S −1836 Ar ,123
51 Sb − 52 Te,... là những cặp hạt nhân đồng khối lượng.
Hiện đã tìm được 60 cặp hạt nhân đồng khối lượng bền có số khối A chẳn và số
Z khác nhau hai đơn vị bắt đầu từ a = 36 và 2 cặp đồng khối lượng có A lẻ và Z khác
113
123
123
nhau một đơn vị: 113
48 Cd − 49 In;54 Sb − 52 Te . Ngồi ra, cịn tìm được nhóm 3 hạt nhân
50
50
136
136
136
đồng khối lượng như: 50
22 Ti − 23 V − 24 Cr ; 54 Xe − 56 Ba − 58 Ce
- Đồng neutron: là những nguyên tử mà hạt nhân có số neutron N giống nhau
(gọi là những hạt nhân gương)
Ví dụ: 13 H − 23He ; 37 Li − 47Be ; 136C −147N ; … là những cặp hạt nhân gương.
2.3. Kích thước hạt nhân
Có thể coi hạt nhân nguyên tử như một quả cầu bán kính R. Người ta thấy rằng,
R phụ thuộc số khối theo công thức gần đúng sau:
1

R ≈ 1,3.10−15 A 3 m

Việc xác định bán kính đó bằng nhiều phương pháp thực nghiệm khác nhau. Sau
đây là một vài phương pháp:
* Khảo sát tán xạ neutron
Người ta bắn phá hạt nhân bằng đạn neutron năng lượng từ 20 ÷ 50Mev . Vì
neutron khơng mang điện nên dễ dàng xuyên sâu vào hạt nhân và vì neutron mang
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

10


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

năng lượng lớn nên nó tương tác mạnh mẽ với hạt nhân. Thực nghiệm cho thấy xác
suất xảy ra phản ứng tỉ lệ với tiết diện hình học của hạt nhân πR 2 . Do đo được xác suất
phản ứng, ta có thể suy ra được các bán kính R của hạt nhân:
R ≈ 10 −14 m đối với hạt nhân nặng như Pb, U, …
R ≈ 6.10 −15 m đối với hạt nhân trung bình như Fe, …
* Khảo sát phản ứng hạt nhân với các hạt tích điện
Khi bắn phá hạt nhân bằng hạt tích điện, thì giữa hạt nhân và hạt tích điện xuất
hiện lực đẩy Coulomb. Do đó có thể coi như một hàng rào thế năng tương tác làm cho
hạt tích điện khó xun vào hạt nhân. Nhưng do hiệu ứng đường ngầm, nên hạt tích
điện tuy có năng lượng nhỏ hơn hàng rào thế năng, vẫn có thể xuyên qua hàng rào thế
năng và gây ra phản ứng hạt nhân được. Thực nghiệm cho biết xác suất gây ra phản
ứng đó tỉ lệ với độ xuyên qua hàng rào thế năng. Từ đó người ta tính được kích thước
hạt nhân:
1

R = 1,4.10 −15 A 3 m

* So sánh năng lượng liên kết với hạt nhân gương
So sánh năng lượng liên kết của các hạt nhân gương, cho thấy hạt nhân nhiều
proton sẽ có năng lượng lớn hơn hạt nhân nhiều neutron. Ví dụ: năng lượng liên kết
của 13 H bằng – 8,485 Mev còn năng lượng liên kết của 23 He bằng – 7,723 Mev.
Nguyên nhân là vì mỗi khi thay một neutron bằng một proton thì lực đẩy Coulomb
6 Ze 2 1
tăng lên và gây ra một năng lượng phụ bằng
. Biết hiệu năng lượng liên kết
7 R 4πε 0

các hạt nhân gương, sẽ tính được bán kính hạt nhân:
1

R = 1,3.10−15 A 3 m

Kết quả là bằng những phương pháp đo khác nhau, đã cho thấy kích thước hạt
1
nhân phù hợp theo cơng thức thực nghiệm: R = r0 A 3 với r0 là bán kính điện (
r0 = (1,2 ÷ 1,5)10−15 m ) vì nó xác định kích thước của miền chiếm bởi các hạt tích điện

trong hạt nhân.
Từ đó dẫn đến một kết luận quan trọng là: thể tích hạt nhân tỉ lệ với số hạt trong
hạt nhân. Nói cách khác, mật độ khối lượng hạt nhân là không đổi đối với mọi hạt
nhân.
mp A
M hatnhân
1,67.10 −27
ρ=

≈
=
≈ 1014
4 3
4
4
tấn/m3
πR
π (1,5)3 A.10− 45
π (1,5)310 − 45
3
3
3

Kết quả thấy mật độ khối lượng hạt nhân là cực kì lớn. Thực tế, thực nghiệm đã
chứng minh rằng khối lượng hạt nhân không phân bố đều mà tập trung ở giữa tạo
thành lõi; còn ở lớp ngồi mặt, mật độ khối lượng giảm nhanh nhưng khơng đột ngột.
2.4. Đơn vị khối lượng nguyên tử
Để đo khối lượng các hạt nhân trong vật lí hạt nhân, người ta dùng đơn vị khối
lượng nguyên tử (kí hiệu là u). Theo định nghĩa một đơn vị khối lượng nguyên tử bằng
1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị C12 nên còn gọi là khối lượng cacbon
1u = 1,66055.10−27 kg

Khối lượng của một nuclon xấp xỉ bằng 1 u nên nguyên tử có khối lượng số A thì
có khối lượng xấp xỉ A u. Ví dụ m (16O) ≈ 16u , chính xác phải là 15,9549
Tính theo hệ thức Einstein giữa khối lượng và năng lượng E = mc 2 : một vật khối
lượng thì cũng có năng lượng tương ứng và ngược lại. Năng lượng E và khối lượng m
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

11

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

tương ứng của cùng một vật luôn luôn tồn tại đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là
c2.
Lí thuyết trên đây có thể áp dụng cho các quá trình tính tốn khối lượng và năng
lượng tương ứng của các hạt nhân.
m = 1u ⇔ E = uc 2 ≈ 931,5MeV
hay có thể viết: m = 1u = 931,5MeV / c 2

Từ đó cho thấy MeV/c2 cũng được coi là đơn vị đo khối lượng hạt nhân
1MeV / c 2 = 1,885.10−23 kg

II. Lực hạt nhân
1. Khái niệm
Lực hạt nhân (hay là sự tương tác giữa nuclon với nuclon hoặc là phần dư của
lực tương tác mạnh) là lực tương tác giữa hai hay nhiều nuclon. Nó là nguyên nhân
gây ra sự gắn kết của các proton và các neutron ở trong hạt nhân nguyên tử.
Các proton trong hạt nhân mang điện dương nên đẩy nhau. Nhưng hạt nhân
nguyên tử vẫn bền vững vì các nuclon được liên kết với nhau bởi các lực hút rất mạnh
gọi là lực hạt nhân.
2. Các đặc điểm của lực hạt nhân
2.1. Lực hạt nhân là lực tác dụng ngắn
Lực hạt nhân là loại lực mạnh nhất trong các lực đã biết, nhưng chỉ tác dụng khi
khoảng cách giữa hai nuclon bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân, nghĩa là lực hạt
nhân có bán kính tác dụng khoảng 10-15 m.
2.2. Lực hạt nhân khơng phụ thuộc vào điện tích

Thực nghiệm cho thấy, tương tác giữa proton – proton, giữa neutron – neutron,
giữa proton – neutron là hoàn toàn giống nhau, nếu các nucleon ở trong cùng những
trạng thái như nhau.
Xét tương tác giữa proton – proton: Phương pháp trực tiếp để khảo sát lực này là
dựa vào thí nghiệm tán xạ proton – proton. Trong thí nghiệm, người ta cho chùm
proton phát ra từ máy gia tốc, va chạm vào một bia chứa nhiều hiđrơ tức là chứa
proton. Từ phân bố góc của các hạt nhân tán xạ, có thể rút ra kết luận về tính chất lực
tác dụng giữa hai proton, lực này có thể biểu diễn gần đúng bằng đường cong thế năng
trên hình.

n-p

Từ đồ thị này cho thấy ở khoảng cách xa, các proton đẩy nhau với lực Coulomb
tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Tới khoảng cách xấp xỉ 3.10 -15 m có sự
chuyển đột ngột của đường cong thế năng từ dương thành âm, chừng tỏ bắt đầu xuất
hiện lực hạt nhân giữa một cặp proton: đó là lực hút rất mạnh ở khoảng cách gần vào
bậc fecmi. Lực tương tác giữa một neutron và một proton có thể được nghiên cứu bằng
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

12


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

thí nghiệm tương tự: Cho chùm neutron tán xạ trên một bia chứa proton. Từ đồ thị ta
thấy ở khoảng cách xa, khơng có lực giữa hai hạt, nhưng tới khoảng cách xấp xỉ 2
fecmi, thì xuất hiện lực hút mạnh. So sánh hai đường cong thế năng nói trên, có thể
thấy hai lực hút thuộc cùng một bản chất. Điều đó chứng tỏ rằng tương tác hạt nhân

không liên quan đến điện tích.
Đối với tương tác giữa một cặp neutron, ta khơng thể tiến hành thí nghiệm tán xạ
trực tiếp như hai trường hợp trên vì khơng thể tạo được bia chứa neutron tự do. Tuy
nhiên bằng những phương pháp thực nghiệm gián tiếp khác, cũng thu được những kết
quả tương tự như các trường hợp trên.
2.3. Lực hạt nhân có tính chất bão hịa
Mỗi nuclon chỉ tương tác với một số nuclon ở lân cận quanh nó, chứ khơng
tương tác với mọi nuclon của hạt nhân.
2.4. Lực hạt nhân là lực trao đổi
Theo Hideki Yukawa, tương tác giữa hai nuclon được thực hiện bằng cách trao
đổi một loại hạt gọi là mê-zơn (π ). Hạt mê-zơn (π ) có khối lượng vào cỡ 200 ÷ 300
lần khối lượng của electrơn. Có ba loại mê-zơn (π ): π + , π 0 , π −
Ví dụ tương tác neutron – proton có thể thực hiện theo một trong các q trình sau:
n + p ↔ ( p + π − ) + p ↔ p + (π − + p) ↔ p + n
n + p ↔ (n + π + ) + n ↔ n + (π + + n) ↔ p + n
hay
và tương tác giữa hai hạt đồng nhất p – p; n – n có thể xảy ra theo:
p + p ↔ ( p + π 0 ) + p ↔ p + (π 0 + p ) ↔ p + p
n + n ↔ (n + π 0 ) + n ↔ n + (π 0 + n) ↔ n + n
Trong các q trình đó đều cho thấy một nuclon biến đổi và tạo thành mê-zôn(π).
Mê-zôn này sẽ bị nuclon thứ hai nuốt.
2.5. Lực hạt nhân phụ thuộc Spin của các nuclon
Thí nghiệm về tán xạ neutron nhiệt (10-1 ÷10-3 ) eV trên octhơhiđrơ (phân tử
hiđrơ trong đó hai proton có mơmen spin song song) và parahiđro (phân tử Hyđrơ
trong đó hai proton có mơmen spin đối song) cho biết xác suất xảy ra tán xạ neutron
trên các hạt nhân octhohiđrô lớn hơn xác suất xảy ra tán xạ neutron trên các hạt nhân
parahiđrô khoảng 30 lần. Kết quả đó chứng tỏ lực hạt nhân phụ thuộc nhiều vào sự
định hướng tương hỗ của mômen spin các hạt tương tác.
Từ những đặc tính trên, cho phép ta đi đến kết luận: Tương tác hạt nhân là một
loại tương tác rất mạnh, về bản chất khác hẳn với các tương tác hấp dẫn, tương tác

điện từ. Đối với tương tác hạt nhân, một proton và một neutron có thể xem là tương
đương với nhau. Trong lý thuyết lượng tử cịn có thể quan niệm proton và neutron như
là hai trạng thái điện tích khác nhau của cùng một hạt. Cho tới nay, vấn đề bản chất
lực hạt nhân vẫn chưa được biết một cách đầy đủ và còn được tiếp tục nghiên cứu.
III. Năng lượng liên kết
1. Độ hụt khối
Hạt nhân gồm Z proton và N neutron, tuy nhiên các phép đo chính xác chứng tỏ
rằng khối lượng nghỉ của hạt nhân bao giờ nhỏ hơn tổng khối lượng nghỉ của các
nuclon tạo thành hạt nhân đó khi chúng đứng riêng rẽ. Như vậy, khi liên kết thành hạt
nhân thì khối lượng giảm đi. Hiệu hai khối lượng đó gọi là độ hụt khối. Độ hụt khối
được tính bằng biểu thức:
Δm = Zmp + (A - Z)mn - m
A
Δm được gọi là độ hụt khối của hạt nhân, m là khối lượng hạt nhân Z X , còn mp
và mn là khối lượng của proton và neutron.
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

13


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Đối với sự tạo thành nguyên tử cũng có độ hụt khối ∆m (khối lượng của nguyên
tử nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân và electron đứng yên), nhưng ∆m này tương ứng
với năng lượng cỡ eV nên quá nhỏ, cỡ 10-36 kg, nên coi như không đổi.
Sự hụt khối là do tương tác giữa các nuclon gây ra. Vì vậy, độ hụt khối tương
ứng với năng lượng liên kết giữa các nuclon trong hạt nhân. Khi tách rời các proton ra
khỏi hạt nhân, cần cung cấp cho hạt nhân một năng lượng đúng bằng năng lượng liên

kết hạt nhân ΔW nói trên, để tương ứng với nó có khối lượng được tăng thêm một
lượng bù vào độ hụt khối.

2. Năng lượng liên kết hạt nhân
Năng lượng liên kết của một hạt nhân là năng lượng cần thiết để tách rời các
thành phần của hạt nhân và đặt mỗi nuclon ở khoảng cách đủ lớn đối với nhau sao cho
thế năng tương tác của chúng không đáng kể. Áp dụng định luật bảo tồn năng lượng
tồn phần, ta có năng lượng nghỉ của một hệ liên kết cộng với năng lượng liên kết
bằng năng lượng nghỉ của các nuclon tách rời nhau:
mc 2 + Wlk = Zm p c 2 + Nmn c 2
Wlk = ( Zm p + Nmn − mX )c
Hay
Xét về mặt năng lượng, có sự tương tự giữa việc hạt nhân hút electron để tạo tạo
thành nguyên tử và các nuclon hút nhau để tạo thành hạt nhân. Khi lực Coulomb hút
electron lại gần hạt nhân thì nó sinh công, nghĩa là sự tạo thành nguyên tử tỏa ra năng
lượng. Ngược lại muốn ion hóa nguyên tử, tức là đưa các electron ra vơ cực thì phải
tốn năng lượng gọi là năng lượng ion hóa. Tương tự như vậy, lực hạt nhân khi hút các
nuclon lại gần nhau thì sinh cơng, nghĩa là sự tạo thành hạt nhân tỏa ra năng lượng gọi
là năng lượng liên kết. Muốn tách hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ thì phải tốn năng
lượng bằng E. Năng lượng phá vỡ liên kết hạt nhân này tương ứng với năng lượng ipn
hóa nguyên tử, nhưng theo thói quen cũng gọi là năng lượng liên kết. Cái khác nhau
quan trọng là lực hạt nhân mạnh hơn lực Coulomb, nên năng lượng hạt nhân có cỡ
MeV, cịn năng lượng ion hóa chỉ có cỡ eV (13,6 eV đối với nguyên tử Hiđrô).
Dựa vào giá trị năng lượng liên kết hạt nhân, có thể đánh giá được mức độ bền
vững của một hạt nhân, giá trị tuyệt đối của năng lượng liên kết càng lớn thì hạt nhân
càng bền. Tuy nhiên, giá trị năng lượng liên kết phụ thuộc vào tổng số nuclon có trong
hạt nhân thể hiện qua độ hụt khối Δm, do đó để so sánh độ bền vững của các hạt nhân,
người ta thường dùng khái niệm năng lượng liên kết ứng với một nuclon, hay còn gọi
là năng lượng liên kết riêng (kí hiệu là ε )
2

ε=

Wlk
A

Năng lượng liên kết ứng với một nuclon càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
Đối với các hạt nhân có số khối A trong khoảng từ 50 đến 95, năng lượng liên kết của
chúng có giá trị lớn nhất vào cỡ 8,8 MeV/nuclon
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

14


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Vì hầu hết mọi hạt nhân đều có năng lượng liên kết riêng trong khoảng (7 ÷ 8,6)
MeV nên có thể coi giá trị trong khoảng đó là khơng đổi và gọi là giá trị bão hòa. Giá
trị bão hòa của năng lượng liên kết riêng được giải thích là do tác dụng ngắn và tính
bão hịa của lực hạt nhân (mỗi nuclon chỉ tương tác với một số giới hạn các nuclon lân
cận). Còn sự giảm chậm của năng lượng liên kết riêng trong các hạt nhân nặng là do
năng lượng tương tác đẩy Coulomb tăng lên khi tăng số proton.
IV. Phóng xạ
1. Sự phóng xạ
Becquerel, nhà vật lý người Pháp, là người đầu tiên khám phá ra hiện tượng
phóng xạ vào năm 1896, khi ơng tình cờ phát hiện ra rằng từ miếng Urani phát ra
những tia không trông thấy, nhưng lại có khả năng xuyên qua các lớp vật chất khơng
trong suốt, ion hóa được khơng khí, tác dụng lên kính và phim ảnh, hoặc gây ra sự

phát quang đối với một số chất, ông gọi hiện tượng này là sự phóng xạ và bức xạ phát
ra là tia phóng xạ. Tia phóng xạ gồm có 3 thành phần: tia anpha là hạt nhân Hêli 42 He ,
tia β là các electron và tia γ là bức xạ điện từ tương tự tia X nhưng bước sóng ngắn
hơn nhiều.

Becquerel (1852-1908)
Nhà vật lí Pháp
giải thưởng Nobel năm 1903

2. Hiện tượng phóng xạ
Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng rất phổ biến đối với hạt nhân ngun tử. Q
trình phóng xạ là quá trình phân rã hạt nhân nguyên tử tiến hành một cách tự phát.
Trong q trình phóng xạ đó hạt nhân đồng vị này phát ra những hạt hoặc tia phóng xạ
và biến thành hạt nhân đồng vị khác. Những hạt nhân đồng vị có thể có sẵn trong thiên
nhiên (phóng xạ tự nhiên ) hoặc thu được một cách nhân tạo bằng phản ứng hạt nhân
(phóng xạ nhân tạo). Hiện tượng phóng xạ tiếp tục được nhiều nhà bác học khác
nghiên cứu, trong đó phải kể đến sự đóng góp to lớn của hai vợ chồng nhà bác học
Marie và Pierre Quiri.

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

15


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Marie Curie (1867 – 1934)
Nhà vật lí người Pháp giải thưởng Nobel năm

1903 và hóa học năm 1911

Pierre Curie (1859 – 1906)
Nhà vật lí người Pháp giải thưởng Nobel
năm 1903

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

16


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Năm 1898, hai ơng bà đã tìm ra hai chất phóng xạ mới là Polonium (Po) và Radi
(Ra) có tính phóng xạ mạnh hơn nhiều so với Urani. Tiếp theo, người ta lần lượt tìm
thấy hàng chục chất phóng xạ khác như Thori, Actini, Neptuni, … Cho đến nay, đã thu
được các số liệu thực nghiệm khổng lồ về các trạng thái năng lượng và sơ đồ phân rã
của hàng nghìn hạt nhân đồng vị, giúp ta hiểu biết những vấn đề quan trọng về cấu
trúc và các tính chất của các hạt nhân. Các cơng trình nghiên cứu thực nghiệm về hiện
tượng phóng xạ đã xác nhận sản phẩm phân rã phóng xạ của hạt nhân gồm các tia
phóng xạ.
3. Các tia phóng xạ
Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dịng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các
chất phóng xạ (các chất chứa các hạt nhân nguyên tử không ở trạng thái cân bằng bền).
Các hạt phóng ra có thể chuyển động thành dòng định hướng.
γ

α

β

a)
b)
Sự lệch các tia phóng xạ trong từ trường
Khả năng xuyên thấu của các tia phóng xạ qua vật chất
3.1. Tia alpha (kí hiệu là α )

Chất phóng xạ đầu tiên do nhà bác học pháp Becquerel phát hiện ra là Urani (z =
92), bức xạ mà nó phóng ra bị lệch về phía bản âm của tụ điện, và gọi là tia anpha, kí
hiệu là α.
Nghiên cứu kĩ hơn thì thấy rằng các tia ấy gồm các hạt nhân của nguyên tử 42 He
mang hai điện tích dương, gọi là hạt anpha. Hạt anpha phóng ra từ hạt nhân với vận
tốc khoảng 107 m/s, nó làm ion hóa mơi trường và mất dần năng lượng. Tia anpha chỉ
đi được tối đa 8cm trong khơng khí và khơng xun qua được một tấm thủy tinh
mỏng.
3.2. Tia beta (kí hiệu là β )
Có hai loại: loại phổ biến gồm các hạt bêta trừ, kí hiệu β − , đó chính là các
electron, nên tia β − bị lệch về phía bản dương của tụ điện và lệch nhiều hơn so với tia
α , vì khối lượng của electron nhỏ hơn nhiều so với hạt α . Đồng vị 14
6 C là cacbon
−
phóng xạ, phát xạ tia β
Một loại tia bêta khác hiếm hơn gồm các hạt bêta cộng, kí hiệu là β + , cịn gọi là
electron dương hay pơzitron vì nó có cùng khối lượng với electron nhưng lại mang
một điện tích nguyên tố dương. Đồng vị 42 He cũng là cacbon phóng xạ nhưng phát xạ
tia β + .
Các hạt β được phóng xạ với vận tốc rất lớn, có thể gần bằng vận tốc ánh sáng.
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

17


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Tia β cũng làm ion hóa mơi trường nhưng yếu hơn so với tia α , nên tia có tầm
bay dài hơn, có thể tới hàng trăm mét trong khơng khí.
3.3. Tia gammar (kí hiệu là γ )
Là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 0,01 nm) do một số chất phóng xạ
phát ra, cũng là hạt photon có năng lượng cao, nó khơng bị lệch trong điện trường và
có khả năng đâm xuyên rất lớn, có thể đi qua lớp chì dày bằng đêximét và là nguy
hiểm cho con người.
Trong q trình phóng xạ, hạt nhân ở trạng thái không bền vững chuyển sang
trạng thái bền vững hơn, nghĩa là trạng thái năng lượng thấp hơn. Thành thử quá trình
biến đổi phóng xạ chỉ có thể xảy ra nếu khối lượng tĩnh của hạt nhân xuất phát lớn hơn
tổng khối lượng tĩnh của các sản vật sinh ra do biến đổi phóng xạ. Ví dụ phân rã α chỉ
xảy ra nếu
A
A− 4
Z M − ( Z − 2 M + α ) = ∆M > 0
Các tia phóng xạ đều có năng lượng (động năng của các hạt, năng lượng của
sóng điện từ) nên sự phóng xạ tỏa ra năng lượng, một phần năng lượng này bị biến
thành nhiệt làm nóng bình đựng chất phóng xạ. Thành thử q trình phóng xạ thực
chất là một q trình biến đổi hạt nhân.
4. Định luật phân rã phóng xạ
Dù khác nhau về loại tia phóng xạ, các q trình phân rã hạt nhân đều tuân theo
một định luật đó là định luật phân rã phóng xạ. Khi phóng xạ, số hạt nhân chưa bị

phân rã sẽ giảm theo thời gian.
Giả sử ở thời điểm t, số hạt nhân phóng xạ chưa phân rã là N. Sau thời gian dt số
đó trở thành N - dN vì có dN hạt nhân đã phân rã. Độ giảm số hạt nhân chưa phân rã (dN) tỷ lệ với N và dt
− dN = λNdt
Trong đó λ là hệ số tỷ lệ, tùy thuộc vào chất phóng xạ và gọi là hằng số phân rã.
Hằng số phân rã λ là xác suất phân rã của từng hạt nhân trong một đơn vị thời gian.
dN
= −λ dt
N

Do đó:

Gọi N0 là số hạt nhân phóng xạ có ở thời điểm ban đầu t = 0 và N là số hạt nhân
còn chưa bị phân rã ở thời điểm t bất kỳ, từ đó ta có:
N

t

dN
N
∫N N = −∫0 λdt ⇔ ln N 0 = −λt
0

hay
N = N 0 e − λt
Thời gian sống trung bình của hạt nhân phóng xạ được tính như sau:
∞

τ=

∫ tN (t )dt
0
∞

∫ N (t )dt
0

∞

=

∫ te
0
∞

∫e

− λt

− λt

dt

dt

0

Dùng biến số mới λt = x thu được hệ thức mới:
∞

∞

1
xe − x dx
− xe − x |∞0 + ∫ e − x dx
λ2 ∫0
1
0
τ=
=
∞
−x ∞
λ
e |0
1 −x
e dx
∫
λ0

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

18


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Do đó: τ =

1
: thời gian sống trung bình của hạt nhân phóng xạ bằng nghịch đảo
λ

của hằng số phân rã
Khi thay t = τ , ta thu được:

N = N 0 e − λt =

N0
e

Vì vậy τ cịn có ý nghĩa là khoảng thời gian để N0 giảm đi e lần.
Vì khối lượng tỉ lệ với số hạt nên khối lượng m của chất phóng xạ cũng giảm
theo thời gian, cùng với quy luật như số hạt nhân N:
m = m e − λt
0

Để phân biệt tốc độ phân rã nhanh, chậm của các phóng xạ, người ta đưa ra khái
niệm chu kì bán rã.
Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một 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.
Tốc độ phân rã của một mẫu phóng xạ cho trước, thường được xác định thông
qua chu kỳ bán rã T, đó là thời gian để cho một nửa số hạt nhân bị phân rã.
Thay t = T vào trong N = N 0e − λt =

N0
N
với N = 0 = N 0e − λt thu được: T =
e

2

ln 2 0, 693
=
λ
λ

Như vậy, nếu lúc đầu có No hạt nhân, sau thời gian T còn lại
2T còn lại

N0
hạt nhân; sau
2

N0
N
(hay 20 ) hạt nhân,...
4
2

Tổng quát, sau thời gian nT còn lại
N = N 0 e − λt =

N0
hạt nhân. Định luật phân rã phóng xạ
2n

N0
có thể biểu diễn qua chu kỳ bán rã bằng đồ thị như hình bên dưới.
e

N
N0

N0/2
t

N0/4
N0/8

T/2

2T/2

3T/2

Để so sánh khả năng phóng xạ mạnh hay yếu của nhiều chất phóng xạ khác nhau,
phải dựa vào số hạt nhân phân rã trong cùng một đơn vị thời gian. Đại lượng này được
gọi là hoạt độ phóng xạ (hay độ phóng xạ) H và được định nghĩa bằng:
H =−

dN
dt

− λt
Dựa vào định luật phân rã phóng xạ có thể viết lại: H = λ N 0 e

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

19

Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Nếu đặt H0 = λN0 có nghĩa là hoạt độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu thì trở thành
H = H 0 e − λt .
Hoạt độ phóng xạ của mợt chất cũng giảm theo thời gian với cùng dạng định luật
phân rã phóng xạ: H = λ.N .
Có nghĩa là hoạt độ phóng xạ tại một thời điểm thì tỷ lệ với số hạt nhân chưa bị
phân rã tại thời điểm đó. Hoạt độ phóng xạ xác định số phân rã phóng xạ trong một
đơn vị thời gian. Hoạt độ phóng xạ H là một đại lượng có thể đo trực tiếp bằng thực
nghiệm. Độ phóng xạ có thể biểu diễn qua chu kỳ bán rã bằng đồ thị như hình bên
dưới.
H
H0

H0
2
T

2T

3T

Trong hệ SI, đơn vị hoạt độ phóng xạ là phân rã trên giây. Trong thực tế người ta
thường dùng đơn vị là Curi (Ci).
1Ci = 3,7.1010 phân rã/giây
Đơn vị hoạt độ phóng xạ này rất lớn, nên người ta thường dùng các đơn vị nhỏ
hơn cho các nguồn phóng xạ thơng thường:

1mCi = 10-3 Ci
1μCi = 10-6 Ci
Trong thăm dò địa chất người ta còn dùng đơn vị picôcuri: 1pCi = 10 -12 Ci để so
sánh hoạt độ phóng xạ rất nhỏ của đất đá tự nhiên.
5. Phóng xạ nhân tạo
Ngồi các đồng vị có sẵn trong tự nhiên gọi là đồng vị phóng xạ tự nhiên, hiện
nay người ta đã chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ khơng có trong tự nhiên gọi là
đồng vị phóng xạ nhân tạo.
Ví dụ: khi bắn neutron vào 1123 Na thu được 1124 Na có tính phóng xạ β −
6. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ
Các đồng vị phóng xạ tự nhiên hay nhân tạo có rất nhiều ứng dụng trong khoa
60
học và đời sống. Chất coban 27 Co phát ra tia γ có khả năng xuyên thấu sâu lớn nên
được dùng để tìm khuyết tật trong các chi tiết máy (phương pháp tương tự như dùng
tia X để chụp ảnh các bộ phận trong cơ thể), bảo quản thực phẩm (vì tia γ diệt các vi
khuẩn), chữa bệnh ung thư …

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

20


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Dùng tia X để chụp
các bộ phận trong cơ thể

Phương pháp xạ trị chữa bệnh ung thư

Muốn theo dõi sự di chuyển của chất lân 32 P trong một cây bằng cách cho một ít
lân vào phân lân thường 31 P . Về mặt sinh lí thực vật thì hai đồng vị này hồn tồn
tương đương nhau vì có vỏ electron giống nhau, nhưng đồng vị 32 P là chất phóng xạ
β − nên dễ dàng theo dõi sự di chuyển của nó, cũng là của chất lân nói chung. Đó là
phương pháp các nguyên tử đánh dấu được dùng rộng rãi trong khoa học.
Khảo cổ học có một phương pháp rất chính xác để định tuổi của các di vật gốc
sinh học, đó là phương pháp dùng cacbon 14 C . Cacbon có bống đồng vị: 12C (phổ biến
nhất) và 13C là bền; 14C là chất phóng xạ β − và 11C là chất phóng xạ β + . 14C được tạo
ra trong khí quyển và thâm nhập vào mọi vật trên Trái Đất. Nó có chu kì bán rã 5600
năm. Sự phân rã này cân bằng với sự tạo ra, nên từ hàng vạn năm nay mật độ của 14C
trong khí quyển khơng đổi: cứ trong 10 12 ngun tử cacbon thì có một ngun tử 14C.
Một thực vật cịn sống, cịn q trình diệp lục hóa thì cịn giữ tỉ lệ trên trong các thành
phần chứa cacbon của nó. Nhưng nếu thực vật chết, thì nó khơng trao đổi thì với
khơng khí nữa, 14C vẫn phân rã mà khơng được bù lại nên tỉ lệ của nó sẽ giảm, sau
5600 năm chỉ cịn một nữa, độ phóng xạ của nó cũng giảm tương ứng. Đo độ phóng xạ
này thì tính được thời gian trơi qua từ khi cây chết.
Ví dụ, đo độ phóng xạ của một đĩa gỗ của người Ai Cập cổ, xác định được H =
0,15 Bq. Lấy một mẫu gỗ của một cây vừa chặt, có cùng khối lượng đo được H 0 =
− λt
0,25 Bq. Vì H = H 0 e với λ =

0,693 0,693
=
nên có thể tính được t = 4100 năm, đó là
T
5600

tuổi của cái đĩa cổ.
Động vật ăn thực vật nên tỉ lệ

14

C
trong cơ thể cũng giảm như trên sau khi chết.
C

vì vậy, có thể xác định tuổi các mẩu xương động vật tìm được trong các di chỉ bằng
phương pháp này.
V. Phản ứng hạt nhân
1. Phản ứng hạt nhân
1.1. Định nghĩa
Phản ứng hạt nhân là sự tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của
chúng thành hạt nhân khác.
A + B → C + D
− Các hạt nhân trước và sau phản ứng có thể nhiều hoặc ít hơn 2.
− Các hạt nhân có thể là các hạt sơ cấp electron, pơzitron, neutron…
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

21


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

1.2. Các loại tương tác hạt nhân
Tương tác hạt nhân chia làm ba loại: va chạm đàn hồi, va chạm không đàn hồi và
phản ứng hạt nhân.
− Trong va chạm đàn hồi, trạng thái nội tại của các hạt tương tác không thay đổi

nhưng động lượng và động năng của hạt thay đổi.
A+aa+A
− Trong va chạm khơng đàn hồi, có sự thay đổi trạng thái nội tại của các hạt
tương tác.
A + a  a ’ + A*
Trong đó: A* chỉ hạt nhân ở trạng thái năng lượng bị kích thích
a’ chỉ hạt ở trạng thái khác
− Trong phản ứng hạt nhân, có sự thay đổi bản chất các hạt tương tác.
A +a  b + B
Phản ứng trên có thể được kí hiệu A(a,b)B có nghĩa là hạt a bắn vào hạt nhân A
sẽ làm phát ra hạt b và sinh ra hạt nhân B.
Ví dụ: phản ứng biến đổi nguyên tố
14
4
1
17
14
17
7 N + 2 He →1 H + 8 O hay 7 N (α , p )8 O
2
2
1
3
2
3
1 H +1 H →1 H +1 H hay 1 H ( d , p )1 H
Phản ứng hạt nhân thường chia thành hai loại:
− Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền
vững thành các hạt nhân khác. Ví dụ: q trình phóng xạ.
− Phản ứng hạt nhân kích thích: q trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra

các hạt nhân khác. Ví dụ: phản ứng phân hạch – phản ứng nhiệt hạch.
1.3. Cơ chế phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân được mô tả theo cơ chế như sau:
a + X → C* → b +Y
trong đó C* là hạt nhân ở trạng thái kích thích.
Chúng ta hãy hình dung khi hạt đạn a đi vào hạt nhân bia X, tạo thành hạt nhân
hợp phần C* ở trạng thái kích thích. Hạt đạn (có thể là một neutron) được cuốn vào
những chuyển động hổn loạn như các nuclon của hạt nhân, khi đó năng lượng kích
thích mà hạt đạn đưa vào nhanh chóng được chia sẻ cho các nuclon khác. Trạng thái
giả bền C* tồn tại trong thời gian cỡ 10 -16 s và phân rã thành hai hạt đạn b và Y. Có thể
có nhiều cách khả dĩ để tạo thành cùng một hạt nhân hợp phần C* và có thể phân rã
thành nhiều cách khả dĩ. Chẳng hạn có 3 cách khả dĩ tạo thành hạt nhân 20Ne* và 3
cách khả dĩ mà nó có thể phân rã:

Ba kiểu tạo thành hạt nhân hợp phần

Ba kiểu phân rã

Một kiểu bất kỳ trong ba kiểu tạo thành hạt nhân đều có thể dẫn tới một kiểu
phân rã bất kỳ trong ba kiểu nói trên.
2. Các định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhân
- Định luật bảo toàn số nuclon (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số
nuclon của các hạt tương tác bằng tổng số nuclon của các hạt sản phẩm.
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

22


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

AA + AB = A C + A D
- Định luật bảo tồn điện tích (ngun tử số Z): các hạt nhân trong phản ứng
chỉ tương tác với nhau, không tương tác với vật nào khác nên họp thành một hệ kín
(hay hệ cơ lập) về điện. Điện tích của một hệ kín là khơng đổi, nghĩa là “ Tổng đại số
các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản
phẩm”.
ZA + ZB = ZC + ZD
- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng
lượng nghỉ): “Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng
lượng toàn phần của các hạt sản phẩm”.
WA + WB = WC + WD
- Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng của các hạt tương tác
bằng vectơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm.
p A + pB = pC + pD

- Định luật bảo toàn mômen động lượng: J A + J B = J C + J D
Khơng có định luật bảo tồn khối lượng (nghỉ) của hệ trong vật lí hạt nhân.
3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Sự hụt khối của từng hạt nhân kéo theo sự khơng bảo tồn khối lượng trong phản
ứng hạt nhân.
Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D và giả thuyết các hạt A và B đứng
yên. Tổng số nuclon không đổi trong phản ứng nhưng vì A, B, C và D có độ hụt khối
khác nhau nên tổng khối lượng m0 của các hạt nhân A + B có thể khác tổng khối lượng
m của các hạt nhân sinh ra C + D
Giả sử m < m0. Hệ ban đầu có năng lượng nghỉ E 0 = m0c2, về sau có năng lượng
nghỉ E = mc2. Năng lượng toàn phần được bảo toàn, vậy phản ứng phải tỏa năng lượng
∆E = ( m − m0 )c 2 , dưới dạng động năng của các hạt C và D hoặc photon γ . m bé hơn m0
là do các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt ban đầu, nghĩa là bền vững hơn.

Vậy, một phản ứng trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt
ban đầu, nghĩa là bền vững hơn, là phản ứng tỏa năng lượng.
Ngược lại, nếu m > m0 thì E > E0 phản ứng khơng thể tự nó xảy ra được mà phải
cung cấp cho các hạt A và B năng lượng W dưới dạng động năng của hạt A chẳng hạn
bắn A vào B.
W lớn hơn ∆E = E − E0 vì các hạt sinh ra có động năng: W = ∆E + Wđ
Vậy, một phản ứng hạt nhân sinh ra các hạt có tổng khối lượng lớn hơn các hạt
ban đầu (kém bền vững) là phản ứng thu năng lượng.

∆E
m0

E0
m
m < m0

…..
…..
…..
…..
…..
…..
…
…..
E

Wđ

W

∆E
m0

m

E0

E

m > m0

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

23


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

4. Vận dụng các định luật bảo tồn vào sự phóng xạ. Quy tắc dịch chuyển:
Vận dụng các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân vào hiện tượng phóng
xạ, có thể suy ra các quy tắc dịch chuyển, giúp xác định được hạt nhân con, khi biết
loại phân rã của hạt nhân mẹ.
4.1. Phóng xạ α
Giả sử hạt nhân mẹ ZA X phóng ra hạt α, tức là hạt nhân Hêli 24 He , và biến đổi
thành hạt nhân con

A'
Z'

Y.
A
Z

X  24 He +

A'
Z'

Y

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon và bảo tồn điện tích cho ta: A ’ = A – 4 và
Z’ = Z – 2. Như vậy, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con lùi hai ơ trong bảng tuần
hồn. Nó thuộc ngun tố đứng trước nguyên tố của hạt nhân mẹ hai ô trong bảng tuần
hồn Mendeleev.
4.2. Phóng xạ β
Khi nghiên cứu phân rã β, người ta phát hiện ra rằng năng lượng toàn phần của
hệ sau phân rã nhỏ hơn năng lượng toàn phần của hệ trước phân rã. Để cứu vãn định
luật bảo toàn trong phân rã β, năm 1930 Wolfgang Pauli đã đưa ra giả thuyết về sự tồn
tại của một hạt có điện tích bằng 0, khối lượng bằng khơng và spin bằng ½. Nhà vật lý
người Ý, Enrico Fermi gọi hạt này là “notrino” có nghĩa là hạt trung hòa nhỏ. Xét 2
loại phân rã β:
A
0
A
 Phóng xạ β − :
Z X → −1 e + Z Y
Áp dụng các định luật bảo toàn số nuclon và bảo tồn điện tích ta có: A = A ’ và Z
= Z’ + 1. Như vậy, quy tắc dịch chuyển của phóng xạ β − là “so với hạt nhân mẹ thì

hạt nhân con tiến một ơ trong bảng tuần hồn”. Thế nhưng, khi nghiên cứu phóng xạ
β − của đồng vị Bitmut, người ta thấy rằng, nếu phương trình phân rã của hạt nhân
210
0
210
Bitmut là: 83 Bi →−1 e + 84 Po thì sự phân rã khơng thỏa mãn định luật bảo toàn năng
lượng toàn phần. Để khắc phục khó khăn này, năm 1933, nhà vật lí học Pauli
(Wolfgang Pauli người Thụy Sĩ, 1900 – 1959) đã nêu lên giả thuyết là: Trong phóng
~
xạ β − , hạt nhân Bitmut còn phát ra một hạt nữa, gọi là hạt phản notrino, kí hiệu là v
'

'

~

(hơn hai mươi năm sau, thực nghiệm đã xác nhận giả thuyết này). Hạt v khơng mang
điện, có khối lượng nghỉ bằng khơng, chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của ánh
sáng. Vì vậy, hạt này hầu như không tương tác với vật chất, do đó rất khó phát hiện.
Như vậy phương trình đầy đủ của phóng xạ của Bitmut là:

210
83

~

210
Bi →0−1 e +84
Po + 00 v

Thực chất sự phóng xạ β − là trong hạt nhân một neutron biến thành một proton
cộng với một electron và một notrino: n → p + e− + v
 Phóng xạ β +
Ngồi phóng xạ β + , người ta cịn tìm thấy một loại phân rã khác, trong đó phát
ra hạt giống hệt electron, chỉ khác là mang điện tích + e (trái dấu với điện tích của
electron). Hạt này gọi là pozitron và ký hiệu là β +
'

Quy tắc dịch chuyển của phóng xạ β+ (hay e+ ): ZA X →0+1 e + ZA Y
Áp dụng các định luật bảo toàn số khối và bảo tồn điện tích ta có: A = A ’ và Z =
Z’ - 1. Vậy quy tắc dịch chuyển của phóng xạ β + là: “so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân
con lùi một ơ trong bảng tuần hồn”. Hạt nhân con cũng là hạt nhân đồng khối với hạt
nhân mẹ.
'

Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

24


Tiểu luận:

Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng

Tương tự như phóng xạ, phóng xạ β + , hạt nhân phát ra một hạt nữa, gọi là hạt
notrino, hạt này cũng khơng mang điện, có khối lượng nghỉ bằng khơng và chuyển
động với vận tốc ánh sáng, rất khó phát hiện.
Hạt nhân được cấu tạo bởi các proton và neutron nhưng lại có thể phát ra các
electron và các nơtrino bởi vì chúng được tạo ra trong quá trình phát xạ. Một neutron
được biến thành proton ở bên trong hạt nhân theo sơ đồ sau:

p → n + 10e +ν hay n → p + −10 e +ν
Thực tế, 2 quá trình trên mới là các quá trình phóng xạ β .
4.3. Phóng xạ γ
Tia γ là bức xạ điện từ có bước sóng cực ngắn ứng với photon có năng lượng vào
bậc MeV. Khi hạt nhân ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có năng
lượng thấp hơn, nó sẽ phát ra tia γ. Vì photon là hạt khơng có khối lượng tĩnh và
khơng mang điện, nên quy tắc dịch chuyển là: ( ZA X )* → ZA X + γ
(Dấu * là chỉ hạt nhân ở trạng thái kích thích: ở đây khơng có khái niệm hạt
nhân mẹ và hạt nhân con vì khơng có hiện tượng phân rã và q trình được gọi là
phóng xạ γ chứ khơng phải là phân rã γ.)
Phóng xạ này khơng làm biến đổi hạt nhân, mà đi kèm phóng xạ α , β . Nếu hạt
nhân con sinh ra ở trong trạng thái kích thích, thì nó chuyển từ mức kích thích E 2
xuống mức thấp hơn E1, đồng thời phóng ra một photon có tần số f xác định bởi hệ
thức E2 − E1 = hf (nếu mức E1 chưa phải là mức cơ bản thì cịn có thêm photon khác
phát ra nữa). Bởi vì đối với hạt nhân, hiệu E 2 – E1 có trị số rất lớn (lớn hơn của
electron hàng triệu lần), nên photon phát ra có tần số rất lớn và bước sóng rất nhỏ (
λ < 10−11 m)
5. Phản ứng hạt nhân nhân tạo
Trong thiên nhiên có những phản ứng hạt nhân xảy ra, đó là những phản ứng hạt
nhân tự nhiên. Ngồi ra con người có thể gây ra những phản ứng hạt nhân, gọi là phản
ứng hạt nhân nhân tạo, bằng cách dùng những hạt mẹ (gọi là đạn) bắn phá những hạt
nhân khác (gọi là bia). Phản ứng nhân tạo đầu tiên là do Rutherford thực hiện năng
1919, sử dụng chất phóng xạ Poloni 210 Po phát ra các hạt α , để bắn phá nitrơ. Kết quả
là nitrơ biến thành Oxi và proton:
16
1
He +14
7 N →8 O +1 H
Năm 1934, Joliot-Curie dùng hạt α bắn phá một lá nhôm và thu được phản ứng:
4

27
30
1
2 He +13 Al →15 P + 0 n
4
2

Điểm đặc sắc là hạt nhân Photpho sinh ra khơng bền vững mà có tính phóng xạ
β :
+

30
15

30
P →14
Si +10 e

30

Nguyên tử 15 P gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo vì nó khơng có trong tự nhiên.
31
32
Photpho thiên nhiên là đồng vị bền 15 P . Photpho cịn một đồng vị phóng xạ nữa là 15 P
phát ra electron ( β − ). Số đồng vị phóng xạ tự nhiên chỉ chiếm khoảng 325, nhưng
bằng cách dùng máy gia tốc để thực hiện các phản ứng hạt nhân đã tạo ra được hơn
1500 đồng vị phóng xạ nhân tạo. Cũng bằng cách này đã kéo dài bảng tuần hoàn
Mendeleev và tạo ra các nguyên tố vượt Urani có Z > 92. Tất cả các nguyên tố này đều
là nguyên tố phóng xạ, trong đó quan trọng nhất là chất Plutoni có Z = 94, vì là nhiên
liệu hạt nhân.

6. Máy gia tốc
Máy gia tốc là thiết bị để tạo các chùm hạt tích điện (electron, proton, ion, …)
được gia tốc nhờ điện trường tới những năng lượng lớn và hướng đến đập vào bia, gây
Lê Thanh Bình – Phạm Thị Yến Ly – LL&PPDH bộ môn Vật lý K24

25