Phản ứng hạt nhân

Năng lượng liên kết

Vật lý 12: Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Lí thuyết Phản ứng hạt nhân là tài liệu học tập hay, giúp các bạn tổng hợp kiến thức môn Vật lý 12 phần Vật lí hạt nhân một cách nhanh chính xác nhất. Mời quý thầy cô và các bạn cùng tham khảo.

A. Phản ứng hạt nhân

- Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi hạt nhân này thành hạt nhân khác.

- Phản ứng hạt nhân thường được chia làm hai loại:

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

Phương trình phản ứng

$_{Z_{1}}^{A_{1}}\ A +_{Z_{2}}^{A_{2}}\ B \rightarrow_{Z_{3}}^{A_{3}}\ C +_{Z_{4}}^{A_{4}}\ D$ $_{Z_{1}}^{A_{1}} A +_{Z_{2}}^{A_{2}} B \to_{Z_{3}}^{A_{3}} C +_{Z_{4}}^{A_{4}} D$

Định luật bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối A)

Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nucleon của các hạt trước phản ứng bằng tổng số nucleon trong các hạt tạo thành sau phản ứng. Bảo toàn số nucleon cũng là bảo toàn số khối A.

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

Định luật bảo toàn điện tích

Tổng đại số các điện tích của các hạt trước phản ứng bằng tổng đại số các điện tích của các hạt tạo thành sau phản ứng.

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

B. Năng lượng liên kết

a. Lực hạt nhân

- Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nucleon trong hạt nhân. Bản chất là lực tương tác mạnh.

b. Độ hụt khối

- Độ hụt khối là độ chênh lệch giữa tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng $m_{X}$ $m_{X}$ của hạt nhân.

Công thức tính độ hụt khối

$\Delta m = \left\lbrack Z.m_{p} + (A - Z).m_{n} \right\rbrack –m_{X}$ $Δ m = [Z . m_{p} + (A - Z) . m_{n}] - m_{X}$

c. Mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng

Thuyết tương đối của Einstein

Một vật có khối lượng $m$ thì cũng có năng lượng tương ứng là $E$ và ngược lại:

$E = mc^{2}$ $E = m c^{2}$

Với $c$ là tốc độ của ánh sáng trong chân không.

- Một vật có khối lượng $m_{0}$ $m_{0}$ ở trạng thái nghỉ sẽ có năng lượng nghỉ $E_{0} = m_{0}.c^{2}$ $E_{0} = m_{0} . c^{2}$

Khi chuyển động vật có khối lượng $m$ và năng lượng của vật khi đó gọi là năng lượng toàn phần

Khối lượng tương đối tính: $m = \frac{m_{0}}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}$ $m = \frac{m_{0}}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}$
Năng lượng toàn phần: $E = mc^{2}$ $E = m c^{2}$
Động năng của vật: $W_{d} = E - E_{O} = (m - m_{0})c^{2}$ $W_{d} = E - E_{O} = (m - m_{0}) c^{2}$

d. Năng lượng liên kết

- Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu dùng để tách toàn bộ số nucleon ra khỏi hạt nhân, được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số $c^{2}$ $c^{2}$ .

Công thức tính năng lượng liên kết

$E_{lk} = \Delta mc^{2}$ $E_{l k} = Δ m c^{2}$

e. Năng lượng liên kết riêng

- Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân.

Công thức năng lượng liên kết riêng

$\varepsilon = E_{lkr} = \frac{E_{lk}}{A}$ $ε = E_{l k r} = \frac{E_{l k}}{A}$

- Hạt nhân có E_lkr càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

Bảng năng lượng liên kết riêng

f. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

Định luật bảo toàn động lượng

${\overrightarrow{p}}_{A} + {\overrightarrow{p}}_{B} = {\overrightarrow{p}}_{C} + {\overrightarrow{p}}_{D}$ ${\vec{p}}_{A} + {\vec{p}}_{B} = {\vec{p}}_{C} + {\vec{p}}_{D}$

Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

Năng lượng toàn phần bằng tổng năng lượng nghĩ và thế năng của hạt nhân.

$m_{A}c^{2} + W_{dA} + m_{B}c^{2} + W_{dB} = m_{C}c^{2} + W_{dC} + m_{D}c^{2} + W_{dD}$ $m_{A} c^{2} + W_{d A} + m_{B} c^{2} + W_{d B} = m_{C} c^{2} + W_{d C} + m_{D} c^{2} + W_{d D}$

- Trong phản ứng hạt nhân không có bảo toàn: khối lượng, số neutron, năng lượng nghỉ.

Năng lượng của phản ứng hạt nhân

ΔE = (m_t – m_s)c²

m_t = m_A + m_B: tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng.
m_s = m_C + m_D: tổng khối lượng của các hạt sau phản ứng.

Chú ý:

Nếu ΔE > 0: phản ứng tỏa năng lượng.
Nếu ΔE < 0: phản ứng thu năng lượng.

C. Phản ứng phân hạch và tổng hợp hạt nhân

Phân hạch hạt nhân

Tổng hợp hạt nhân (Nhiệt hạch)

- Hạt nhân nặng hấp thụ một neutron chậm vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn (trung bình: 50 < A < 160).

Ví dụ:

$_{92}^{235}\ U$ $_{92}^{235} U$ , $_{94}^{239}\ Pu$ $_{94}^{239} P u$ , $_{93}^{237}\ Pu,\ _{98}^{251}\ Cf$ $_{93}^{237} P u,_{98}^{251} C f$ ….

$n + X \rightarrow X* \rightarrow Y + Z + kn$ $n + X \to X * \to Y + Z + k n$

- Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn.

- Nếu k < 1: Phản ứng dây chuyền không tắt nhanh.

- Nếu k =1: Phản ứng dây chuyền có thể tự duy trì và công suất phát ra không đổi theo thời gian.

- Nếu k >1: Phản ứng dây chuyền có thể tự duy trì và công suất phát ra tăng nhanh và có thể gây nên bùng nổ.

- Để đảm bảo cho k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển chứa Bo hay Cd, là các chất có tác dụng hấp thụ neutron

- Xét trên cùng một khối lượng nhiên liệu thì năng lượng nhiệt hạch sinh ra lớn hơn phân hạch.

- Năng lượng nhiệt hạch là quá trình tạo ra nguồn năng lượng vô tận cho cho mặt trời và các ngôi sao khác trên vũ trụ.

Chế tạo bom H

Điều kiện:

Nhiệt độ cao
Mật độ hạt nhân trong trạng thái plasma đủ lớn.
Thời gian duy trì trạng thái đủ lớn.

Chia sẻ, đánh giá bài viết

1

3

Bài trước

Bài sau

Chia sẻ bởi:
Nguyễn Thị Huê

Đóng Chỉ thành viên VnDoc PRO/PROPLUS tải được nội dung này!

Đóng

79.000 / tháng

Mua ngay

Đặc quyền các gói Thành viên

PRO

Phổ biến nhất

PRO+

Tải tài liệu Cao cấp 1 Lớp

Tải tài liệu Trả phí + Miễn phí

Xem nội dung bài viết

Trải nghiệm Không quảng cáo

Làm bài trắc nghiệm không giới hạn

Tìm hiểu thêm

Mua cả năm Tiết kiệm tới 48%

Xác thực tài khoản!

Theo Nghị định 147/2024/ND-CP, bạn cần xác thực tài khoản trước khi sử dụng tính năng này. Chúng tôi sẽ gửi mã xác thực qua SMS hoặc Zalo tới số điện thoại mà bạn nhập dưới đây:

Số điện thoại chưa đúng định dạng!