Năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân có giá trị

Bản chất lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân là:

Phạm vi của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là bao nhiêu?

Độ hụt khối của hạt nhân được xác định bằng biểu thức

Khi nói về lực hạt nhân, câu nào sau đây là không đúng?

Mức độ bền vững của một hạt nhân tùy thuộc vào:

Hạt nhân càng bền vững khi có

Năng lượng liên kết riêng được xác định bằng biểu thức nào dưới đây:

17/09/2016 04:41 CH | 136354

I. Lực hạt nhân

1. Định nghĩa:

• Lực hạt nhân là lực hút rất mạnh giữa các nuclôn tạo nên hạt nhân bền vững.
• Lực hạt nhân còn gọi là lực tương tác mạnh.

2. Đặc điểm của lực hạt nhân

• Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực hấp dẫn và lực tĩnh điện.
  • Xét trường hợp hai prôtôn: Độ lớn của lực hạt nhân rất lớn so với độ lớn của lực hấp dẫn và lực tĩnh điện nếu 2 prôtôn cách nhau một khoảng nhỏ hơn 10 - 15 m.
  • Lực hạt nhân luôn luôn là lực hút. Lực hấp dẫn cũng luôn là lực hút. Lực tĩnh điện có thể là lực hút, có thể là lực đẩy.
• Lực hạt nhân chỉ có tác dụng khi khoảng cách giữa  2 nuclôn nhỏ hơn đường kính hạt nhân (r < 10 - 15 m)
  • Độ lớn của lực hạt nhân giảm nhanh khi khoảng cách giữa hai nuclôn lớn hơn 10 - 15 m. 
  • Độ lớn của lực hấp dẫn và lực tĩnh điện giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.

II. Năng lượng liên kết của hạt nhân

1. Độ hụt khối của hạt nhân

Khối lươngj nghỉ của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng nghỉ của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh lệch khối lượng này được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

2. Công thức tính độ hụt khối của hạt nhân

Xét hạt nhân 

Gọi 

• m là khối lượng nghỉ của hạt nhân X (tính theo đơn vị u)
• mp là khối lượng nghỉ của prôtôn (mp = 1,00728u)
• mn là khối lượng nghỉ của nơtrôn (mn = 1,00866u)
• N = A - Z là số nơtrôn của hạt nhân X đang xét.

Độ hụt khối của hạt nhân là

Trong đó 

Chú ý: 

• Trong công thức  thì mo không có nghĩa là khối lượng nghỉ của hạt nào cả mà là một tổng được định nghĩa như công thức.
• Độ hụt khối 
  
   luôn luôn lớn hơn hoặc bằng 0 ( 
  
    ) 
• Các hạt sơ cấp riêng rẽ như prôtôn, nơtrôn, electrôn có độ hụt khối bằng 0.

3. Năng lượng liên kết của hạt nhân

• Theo Anh-x-tanh: Mỗi khi khối lượng nghỉ của một vật giảm đi thì có một năng lượng tỏa ra.
• Năng lượng tỏa ra tương ứng với độ hụt khối của hạt nhân gọi là năng lượng liên kết của hạt nhân.
• Sở dĩ ta gọi năng lượng này là năng lượng liên kết là vì muốn phá vỡ một hạt nhân X ta phải cung cấp một năng lượng đúng bằng năng lượng mà hệ các hạt đã tỏa ra khi hạt nhân được tạo thành.

Công thức tính năng lượng liên kết của hạt nhân  là

Thay   vào công thức này, ta được:

Chú ý:

• Năng lượng liên kết của một hạt nhân luôn lớn hơn hoặc bằng 0 (
  
   )
• Các hạt sơ cấp riêng rẽ như prôtôn, nơtrôn, electrôn có năng lượng liên kết bằng 0.

4. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

a) Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn.

b) Công thức

c) Đơn vị:

Năng lượng liên kết riêng có đơn vị là MeV/nuclôn. Trong một vài trường hợp, cho giản tiện, người ta có thể ghi đơn vị của năng lượng liên kết riêng là MeV.

d) Ý nghĩa về độ lớn của năng lượng liên kết riêng

• Ngoại trừ các hạt sơ cấp riêng rẽ (như prô tôn, nơ trôn, êlectrôn) hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền.
• Những hạt nhân ở giữa bảng tuần hoàn nói chung có năng lượng liên kết riêng lớn hơn so với năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân ở đầu và cuối bảng tuần hoàn nên bền hơn.
• Những hạt nhân có số khối A từ 50 đến 95 có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (khoảng 8,8 MeV/nuclôn) là những hạt nhân bền vững nhất.

Bài trước    Lên đầu trang   Bài kế tiếp   Trở về trang chủ

• Lực hạt nhân tạo nên sự bền vững cho hạt nhân.
• Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện không phụ thuộc vào điện tích vì các hạt proton mang điện dương còn các hạt nơtron không mang điện.
• Lực hạt nhân cũng không phải lực hấp dẫn vì khối lượng của hạt nhân rất nhỏ, lực hấp dẫn giữa các nuclon vào khoảng 12,936.10$^{-35}$N.
• Lực hạt nhân được gọi là lực tương tác mạnh, chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân. Ngoài phạm vi (10-15m) lực hạt nhân nhanh chóng giảm về 0.

m = 2m$_{p}$ + 2m$_{n}$ = 4,03188u​

Công thức xác định độ hụt khối Δm của hạt nhân \[_{Z}^{A}\textrm{X}\]

\[\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}\]​

Trong đó:​

• A - Z: là số nơtron
• Z: số proton
• Δm: độ hụt khối
• m$_{X}$: khối lượng thực của hạt nhân X
• Các hạt prôtôn, nơtrôn, electrôn có độ hụt khối bằng 0.

biếu thức năng lượng liên kết hạt nhân

\[E_{lk}=\Delta m.c^{2}\] = \[(\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X})c^{2}\]​

Biểu thức năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

\[\varepsilon =\dfrac{E_{lk}}{A}\]​

Lưu ý: các hạt nhân nằm ở khoảng giữa bảng tuần hoàn 50 < A < 95 thì bền vững hơn các hạt nhân ở vùng đầu và vùng cuối bảng tuần hoàn.​

• Phản ứng hạt nhân tự phát: là quá trình phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác
• Phản ứng hạt nhân kích thích: là quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.

• Định luật bảo toàn điện tích (bảo toàn số Z)
• Định luật bảo toàn số nuclon (bảo toàn số A)
• Định luật bảo toàn động lượng
• Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

\[_{Z_{1}}^{A_{1}}\textrm{C}+_{Z_{2}}^{A_{2}}\textrm{D}\rightarrow _{Z_{3}}^{A_{3}}\textrm{X}+_{Z_{4}}^{A_{4}}\textrm{Y}\]​

Định luật bảo toàn số khối: A1 + A2 = A3 + A4​

Biểu thức tính năng lượng của phản ứng hạt nhân:

\[_{Z_{1}}^{A_{1}}\textrm{C}+_{Z_{2}}^{A_{2}}\textrm{D}\rightarrow _{Z_{3}}^{A_{3}}\textrm{X}+_{Z_{4}}^{A_{4}}\textrm{Y}\]
W = (m$_{C}$ + m$_{D}$ - m$_{X}$ - m$_{Y}$)c2
W = (m$_{trước}$ – m$_{sau}$).c2​

• W > 0 => phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
• W < 0 => phản ứng hạt nhân thu năng lượng

W = (Δm$_{sau}$ – Δm$_{trước}$).c2
W = (E$_{sau}$ – E$_{trước}$).c2
W = (Aε$_{sau}$ – Aε$_{trước}$).c2​

Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lý lớp 12 chương vật lý hạt nhân