Bài giảng Vật lý Lớp 12 - Tiết 61+62, Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

Tiết 61+62 : 
Năng lượng liên kết của hạt nhân. 
Phản ứng hạt nhân 
NỘI DUNG CHÍNH 
Lực hạt nhân 
II. Năng lượng liên kết hạt nhân 
III. Phản ứng hạt nhân 
Truyện cổ tích Hi lạp có tên 
“Vua MiDas thích vàng” 
-Câu chuyện này cho thấy người xưa cũng có mong muốn biến mọi thứ thành vàng. 
-Thời xưa các nhà giả kim đã thực hiện nhiều nghiên cứu để biến chì thành vàng nhưng đều thất bại. Họ đều dựa vào các phản ứng hóa học 
Ngày nay con người đã có thể biến chì thành vàng. 
Biến chì thành vàng hoặc mọi nguyên tố khác thành vàng đều thực hiện được bởi phản ứng hạt nhân. 
 Tiết 1 
I. Lực hạt nhân : 
Lực hạt nhân không phải lực điện từ 
- Lực hạt nhân không phải lực hấp dẫn 
Các hạt proton đẩy nhau 
Các hạt nơtron không tương tác điện 
- Các hạt proton và Nơ tron không tương tác điện 
Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclon không mang điện hoặc mang điện cùng dấu. Tại sao chúng lại rất bền vững – liên kết chặt với nhau? 
I. Lực hạt nhân : 
a/ Định nghĩa 
Lực hạt nh ân là lực hút giữa các nuclôn trong h ạt nhân. 
b. Bản chất, đặc tính 
 Lực hạt nhaân laø löïc töông taùc maïnh . 
 - Chæ phaùt huy taùc duïng trong phaïm vi kích thöôùc haït nhaân (~10 -15 m) 
 2m p + 2m n = 4,03188 u 
m He = 4,00150u 
 - So saùnh khoái löôïng cuûa haït nhaân vôùi toång khoái löôïng caùc nucloân rieâng reõ taïo thaønh haït nhaân ñoù? Cho m p =1,00728u; m n =1,00866u 
. 
U 
Fe 
He 
235 
92 
56 
26 
4 
2 
m Fe = 55,91728u 
m U = 234,9933u 
26m p + 30m n = 56,44908 u 
92m p + 143m n = 236,90814 u 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
1. Độ hụt khối: 
 - Nhaän xeùt : Khối lượng của một hạt nhaân luoân nhoû hôn toång khoái löôïng caùc nucloân taïo thaønh haït nhaân ñoù. 
 - Ñoä cheânh giöõa hai khoái löôïng ñoù ñöôïc goïi laø ñoä huït khoái cuûa haït nhaân Δ m 
 Δ m = [Zm p +(A-Z)m n –m X ] 
 2m p + 2m n = 4,03188 u 
m He = 4,00150u 
 Tính ñoä huït khoái? 
U 
Fe 
He 
235 
92 
56 
26 
4 
2 
m Fe = 55,91728u 
m U = 234,9933u 
26m p + 30m n = 56,44908 u 
92m p + 143m n = 236,90814u 
Năng lượng nghỉ của hạt nhân : 
E= m hn .c 2 
Năng lượng nghỉ của các nuclôn khi đứng riêng rẽ : 
E 0 =[Zm p +(A-Z)m n ].c 2 
 W lk = E 0 – E 
W lk = [Zm p +(A-Z)m n –m hn ]c 2 
=>Năng lượng lieân kết. 
E < E o 
2. Naêng löôïng lieân keát 
- Laø naêng löôïng toái thieåu caàn thieát caàn cung caáp cho moät haït nhaân ñeå phaù vôõ noù thaønh caùc nucloân ñöùng rieâng reõ. 
W lk = [Zm p +(A-Z)m n –m hn ]c 2 
 hay W lk = Δ m.c 2 
 2m p + 2m n = 4,03188 u 
m He = 4,00150u 
 Tính năng lượng lieân kết? Bieát 1u.c 2 =931.5 Mev 
U 
He 
235 
92 
4 
2 
m U = 234,9933u 
92m p +143m n =236,90814u 
W lk =28,29897 MeV 
W lk =1783,67346 MeV 
3. Naêng löôïng lieân keát rieâng 
- Naêng löôïng lieân keát tính treân 1 nucloân: 
Naêng löôïng lieân keát rieâng 
U 
He 
235 
92 
4 
2 
W lk =28,29897 MeV 
W lk =1783,67346 MeV 
= 7,07 MeV/nucloân 
= 7,59 MeV/nucloân 
Chú ý: Các hạt nhân có số khối rất lớn hoặc rất nhỏ đều kém bền. 
Các hạt nhân có số khối trung bình (A: 50 – 95) rất bền vững 
3. Naêng löôïng lieân keát rieâng 
- YÙ nghóa : Naêng löôïng lieân keát rieâng caøng lôùn thì haït nhaân caøng beàn vöõng vaø ngöôïc laïi 
* Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh) 
 * Năng lượng liên kết của hạt nhân: naêng löôïng toái thieåu caàn thieát caàn cung caáp cho moät haït nhaân ñeå phaù vôõ noù thaønh caùc nucloân ñöùng rieâng reõ  W lk = Δ m.c 2 
* Độ hụt khối là độ giảm khối lượng khi các nuclôn riêng rẽ liên kết lại thành hạt nhân => khối lượng không bảo toàn 
 Δ m = [Zm p +(A-Z)m n –m X ]  
* Năng lượng liên kết cho 1 hạt nuclôn gọi là  Năng lượng liên kết riêng :W lk /A NL liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. 
CUÛNG COÁ 
 Tiết 2 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
1. Định nghĩa và đặc tính. 
- Đ/n: Phản ứng hạt nhân là quá trình các hạt nhân tương tác với nhau và biến đổi thành các hạt nhân khác. 
- Phân loại: 
a. Phản ứng hạt nhân tự phát. 
+ Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác. 
+ Ví dụ: Quá trình phóng xạ. 
b. Phản ứng hạt nhân kích thích 
+Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. 
+Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
1. Định nghĩa và đặc tính. 
III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
 Ph¶n øng ph©n h¹ch Ph¶n øng nhiÖt h¹ch 
b. Phản ứng hạt nhân kích thích. 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
1. Định nghĩa và đặc tính. 
III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
a. Phản ứng hạt nhân tự phát. 
+ Biến đổi các hạt nhân. 
+ Biến đổi các nguyên tố. 
+ Không bảo toàn khối lượng nghỉ. 
 - Đặc tính. 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
1. Định nghĩa và đặc tính. 
III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân. 
 Bốn định luật bảo toàn cơ bản nhất: 
a. Bảo toàn điện tích (bảo toàn số Z). 
b. Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A). 
c. Bảo toàn năng lượng toàn phần. 
d. Bảo toàn động lượng. 
* Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4 . (Các số Z có thể âm) 
* A 1 + A 2 = A 3 + A 4 . (Các số A luôn không âm). 
- Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân không bảo toàn số nơtrôn (A - Z). 
-Ví dụ: 
 Bảo toàn số nuclôn: 4+14=17+1 
Bảo toàn điện tích: 2+7=8+1 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
1. Định nghĩa và đặc tính. 
III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân. 
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân. 
- Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng . 
+ Nếu m trước > m sau : Phản ứng tỏa năng lượng. 
 W tỏa = W = (m trước - m sau )c 2 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân. 
- Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng. 
+ Nếu m trước > m sau : Phản ứng tỏa năng lượng. 
 W tỏa = W = (m trước - m sau )c 2 
+ Nếu m trước < m sau ( W < 0): Phản ứng thu năng lượng. 
 W thu = /W/ = - W 
Ứng dụng? 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. 
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân. 
 NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 
BOM NGUYÊN TỬ 
Bom nhiệt hạch 
Phản ứng hạt nhân là quá trình tương tác giữa các hạt nhân và biến đổi thành hạt nhân khác. 
Phản ứng hạt nhân tự phát (phóng xạ) 
Phản ứng hạt nhân kích thích (ph,nh ) 
 Bảo toàn điện tích. 
- Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A). 
- Bảo toàn năng lượng toàn phần. 
- Bảo toàn động lượng. 
PHẢN 
ỨNG 
HẠT 
NHÂN 
Củng cố