Bài 36. Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 

I. Lực hạt nhân

• Các nuclôn trong hạt nhân hút nhau bằng các lực rất mạnh tạo nên hạt nhân bền vững. Các lực đó gọi là lực hạt nhân.
• Lực hạt nhân luôn là lực hút, không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn.
• Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân, khi kích thước lớn hơn kích thước hạt nhân (\(\approx10^{-15}\) m) thì lực hạt nhân giảm xuống 0 nhanh chóng.

II. Năng lượng liên kết của hạt nhân

1. Độ hụt khối

Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành nó.

Độ chênh lệch giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

\(\Delta m=Zm_p+\left(A-Z\right)m_n-m_X\)

2. Năng lượng liên kết

Đối với hạt nhân \(^A_ZX\), năng lượng liên kết là

\(W_{lk}=\left[Zm_p+\left(A-Z\right)m_n-m_X\right]c^2\) 

Hay

\(W_{lk}=\Delta mc^2\)

Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số \(c^2.\)

3. Năng lượng liên kết riêng

Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu \(\frac{W_{lk}}{A}\) là đại lượng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

• Hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng lớn nhất cỡ 8,8 MeV/nuclôn.
• Năng lượng liên kết riêng lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của một êlectron trong nguyên tử, chứng tỏ lực tương tác hạt nhân mạnh hơn nhiều so với lực tĩnh điện.

III. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa và đặc tính

Các hạt nhân có thể tương tác với nhau và biến thành các hạt nhân khác- quá trình đó gọi là phản ứng hạt nhân.

•  Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác. VD: quá trình phóng xạ.
• Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. VD: phản ứng phân hạch- phản ứng nhiệt hạch.

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

• Bảo toàn điện tích:

  \(Z_1+Z_2 = Z_3+Z_4\).

• Bảo toàn số nuclôn (số khối A):

 \(A_1+A_2 = A_3+A_4\). 

• Bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ).
• Bảo toàn động năng.

3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

Trong mỗi phản ứng hạt nhân, năng lượng có thể bị hấp thụ hay tỏa ra mặc dù năng lượng toàn phần được bảo toàn.

Xét phản ứng hạt nhân \(A+B \rightarrow C+D\)

Khối lượng hạt nhân tham gia (trước): \(m_t = m_A+m_B\)

Khối lượng hạt nhân sinh ra (sau): \(m_s = m_C+m_D\)

• Nếu \(m_t> m_s\), phản ứng tỏa năng lượng

 \(W_{tỏa}= (m_t-m_s)c^2\)

• Nếu \(m_t< m_s\), phản ứng thu năng lượng

\(W_{thu} = (m_s-m_t)c^2.\)