Cấu tạo và những tính chất cơ bản của hạt nhân

CẤU TẠO VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT
CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN

BÁO CÁO CHUYÊN ĐÊ
HỌC PHẦN: VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2

Ngày báo cáo chuyên đề: 09/04/2018


ng
ục tiêu

MỤC LỤC

3

2

1


I.Mục tiêu:
Tính chất của hạt nhân
Cấu tạo của hạt nhân
Các công thức
liên quan


II. Nội dung:
1. Cấu tạo và khối
lượng của hạt nhân

2. Những tính chất
cơ bản của hạt nhân

3. Kết luận


1. Cấu tạo và khối lượng của hạt nhân:
1.1 Cấu tạo của hạt nhân:
- Hạt nhân tạo thành từ các nuclon:
proton và nơtron.
- Tổng số các nuclon trong hạt nhân
gọi là số khối của hạt nhân: A.
Số nơtron: N

Số proton: Z
Vậy, A = Z + N
- Ký hiệu hạt nhân:
Z X
Ví Dụ: 8 O16 , 6 C 12 ,92 U 235 .
*Kích thước hạt nhân:

 R R0 .A1/ 3 (1)

Hình 1: Nguyên tử Li
A

Electron (-)
Proton: Z

}

Hạt nhân
Nơtron (+): N ( nuclon: A)

R0  (1,2 1,5.10  15 m)


1. Cấu tạo và khối lượng của hạt nhân:
- Đồng vị: Là các nguyên tử có cùng
số Z nhưng có số N khác nhau, như
vậy có khối lượng khác nhau.
16
12
1

O

C

H
8
6
Ví Dụ:
1
2
 8 O17  6 C 13 1 H

 8 O18  6 C 14

1 H 3

Hình 1: Nguyên tử Li

- Các hạt nhân có A như nhau

Electron (-)

nhưng Z khác nhau gọi là hạt
nhân đồng khối.

Proton: Z
Neutron (+): N

}

Hạt nhân
(nuclon: A)


1. Cấu tạo và khối lượng của hạt nhân:
1.2 Khối lượng của hạt nhân:
a, Đơn vị khối lượng hạt nhân:
klnt 6 C12
 1đvklnt 1 u 
12

1,99266.10  26 Kg

1,66.10  27 Kg
12

 1 u 1,66.10
 m p 1,00759u
 mn 1,00898u
 me 0,000549u
 m p 1836me

 17

Kg (2)
Khối lượng
nguyên tử gần
như tập trung
hoàn toàn ở
hạt nhân

Hình 1: Nguyên tử Li
Electron (-)
Proton: Z
Neutron (+): N

}

Hạt nhân
(nuclon: A)


1. Cấu tạo và khối lượng của hạt nhân:
b, Số avôgadro NA:

 1u 1,66.10

 24

23

g  1g 6,023.10 u

 N A 6,023.10 23 (3)
  N A .mHe 4u.N A 4 g
- Từ phương trình: 1u=(1/12).klnt C
suy ra: Klnt C = 12.u = A.u

m hn  A.u (4)
Ví Dụ:

 2 He 4  mHe 4,0015u 4u
 mC 12u

 mNa 23u


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
2.1 Spin hạt nhân-Mô men từ hạt nhân:
a, Spin hạt nhân:
Một nuclon sẽ có mô men động lượng quỹ đạo và mô men spin.
Mô men spin do chuyển động của các nuclon bên trong hạt nhân,
mô men spin đặc trưng cho vận động nội tại của nuclon.

- Như vậy mô men spin sẽ có mô men toàn phần:

  
ji li  si (5)

i: nuclon thứ i



- Mô men động lượng toàn phần của hạt nhân: j  ji

(6)

i

gọi là momen spin của hạt nhân, đặc chưng cho chuyển động
nội tại của hạt nhân.
J là lượng tử spin của hạt nhân:
j h J ( J  1) (7) + A chẵn – J nguyên
+ A lẻ - J bán nguyên

- Độ lớn: 


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
b, Mô men từ hạt nhân:
-Thực chất là do mô men từ của các nuclon tạo thành.
- Proton và nơtron đều có mô men từ, proton có điện tích nên còn có mô
men từ obital (quỹ đạo).
A
X
z là:

Do đó mô men từ của hạt nhân
Z

    i
i 1

( p)

Z

   si
i 1

( p)

A Z

   si

(n)

(8)

i 1

-Paoli đã đề nghị coi mô men từ của proton bằng 1 Manheon Bohr hạt
nhân:

me
e


 . B (9)
2m p m p


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
2.2 Lực hạt nhân ( Lực tương tác tạnh ):
- Là lực hút giữa các nuclon.
- Có hiệu lực trong khoảng kích thước hạt nhân (fm).
- Cực mạnh, giảm nhanh theo khoảng cách.
Ở khoảng cách:
 4,2 fm ( fecmi ) 4,2.10  15 m-lực hạt nhân nhỏ, có thể bỏ qua

được.
 2,2 fm ( fecmi ) - được coi là bán kính tác dụng hạt nhân
- Là lực không phụ thuộc vào diện tích, Proton và nowtron là
những hạt như nhau theo nghĩa tương tác hạt nhân.


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
-Lực hạt nhân không phải là lực xuyên tâm: không chỉ phụ
thuộc vào khoảng cách giữa các hạt mà còn phụ thuộc vào
sự định hướng song song hay không song song của chúng.
- Lực hạt nhân có tính chất bão hòa.
- lực hạt nhân là lực trao đổi: Tương tác giữa hai nuclon
được thực hiện bằng cách trao đổi một loại hạt được
gọi là meezon п.
VD:

 p  p   p   0   p  p   0  p   p  p

 n  n   n   0   n  n   0  n   n  n


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
2.3, Năng lượng liên kết hạt nhân :
a, Mối quan hệ giữa năng lượng và khối lượng:
- Theo Anhtanh nếu như 1 vật có m và E thì:

 E mc 2  m E / c 2 (10)
Năng lượng tỉ lệ thuận với khối lượng
- Vật đứng yên:
 E0 m0 c 2 (11)
- Vật chuyển động với vận tốc v:
m

m0
1  (v / c )

2

(12)

E

E0
1  (v / c )

2

 E0

 Wđ E  E0 mc 2  m0 c 2 (m  m0 )c 2

(13)
(14)


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
•Cách đổi đơn vị:
 24
 24
20
 30
 1u 1,66.10 g 1,66.10 .9.10 (ec) 1.5.10 (ec)

 1eV 1,6.10

 19

J 1,6.10

6

 1MeV 10 eV 1,6.10
 1u 1,492.10

 10

 13

ec

J

913MeV 1,66.10

* Biết các giá trị xác định:
 m p 1,00759u 938,2MeV

 me 0,000549u 0,511MeV
 mn 1,00898u m p  2,5.me
 m p 1836me

 12

 27

Kg


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
b, Độ hụt khối và năng lượng liên kết:
b1, Độ hụt khối:
-Xét hạt:

 2 He

4

+ 2p

+ 2n

2.m p  2.mn 4,03314u  mHe( ) 4,0015u
Quá trình
tạo thành
hạt nhân từ các nuclon
riêng
biệt
Nuclon
rời rạc
Hạt
nhân
bị hụt khối lượng: mα=4,03314u-4,0015u=0,0316u

*Độ hụt khối của hạt nhân:

mx=Z.mp+(A-Z).mn -mx > 0
A
X
z

(15)


2. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
b2, Năng lượng liên kết hạt nhân:
-Năng lượng liên kết hạt nhân: là năng lượng tối thiểu
để phá vỡ hạt nhân X thành các nuclon riêng biệt

 Ek ( Z .m p  ( A  Z ).mn  mN )c 2

(16)

 Ek 931,5016( Z .m p  ( A  Z ).mn  mN ) MeV

Khối; lượng của hạt nhân được xét
mnt  Z .me
 me Khối lượng e

 mN :

 mN
-Năng lượng trung bình của hạt nhân (năng lượng liên kết riêng): Tính cho 1
m :
nuclonnt( ThểKhối
hiện độlượng
bền vữngnguyên
của hạt nhân)
tử được xét

E 

E
A

(17)


3. Kết luận:
 R R0 .A1/ 3 (1)

 1 u 1,66.10  17 Kg

(2)

 N A 6,023.10 23 (3)

 m hn  A.u (4)
  
 ji li  si (5)


 j  ji (6)
i


 j h J ( J  1) (7)

Hình 1: Nguyên tử Li
Electron (-)
Proton: Z

}

Hạt nhân
Nơtron (+): N ( nuclon: A)


3. Kết luận:
Z

    i

( p)

i 1

Z

   si

( p)

i 1

A Z

   si

(n)

(8)

i 1

me
e

 . B (9)
2m p m p

2

2

 E mc  m E / c (10)

Hình 1: Nguyên tử Li

 E0 m0 c 2 (11)

Electron (-)

m

Proton: Z

m0
1  (v / c )

2

(12)

}

Hạt nhân
Nơtron (+): N ( nuclon: A)

(14)

3. Kết luận:
E

E0
1  (v / c )

2

 E0

(13)

 Wđ E  E0 mc 2  m0c 2 (m  m0 )c 2 (14)
 delta m x Z .m p  ( A  Z ).mn  mx (15)

 Ek ( Z .m p  ( A  Z ).mn  mN )c 2 (16)
E 

E
A

Hình 1: Nguyên tử Li
Electron (-)

(17)

Proton: Z

}

Hạt nhân
Nơtron (+): N ( nuclon: A)


Phương pháp nghiên cứu
Sách vật lý đại cương A2

1
3

Mạng internet

2
Hỏi ý kiến chuyên gia


THANK YOU SO MUCH!