Lý thuyết năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

Tác giả Minh Châu 15:58 21/07/2023 17,511 Tag Lớp 12

VUIHOC gửi đến các bạn học sinh bài học Năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân chi tiết. Đây là phần kiến thức quan trọng trong chương Hạt nhân nguyên tử nên các em không nên bỏ qua phần lý thuyết này đâu nhé!

Lý thuyết năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1.Hạt nhân - năng lượng liên kết

1.1 Lực hạt nhân

- Lực hạt nhân còn được gọi là lực tương tác mạnh. Đây là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon bên trong hạt nhân.

- Lực hạt nhân không cùng bản chất giữa các lực như lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện.

- Tác dụng của lực hạt nhân chỉ xảy ra trong phạm vi kích thước của hạt nhân.

1.2 Độ hụt khối của hạt nhân

- Độ hụt khối của hạt nhân là độ chênh lệch khối lượng giữa hạt nhân và tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó. Độ hụt khối được kí hiệu là $\Delta m$

- Công thưc tính độ hụt khối:

$\Delta m=(Z.m_{p}+(A-Z).m_{n})-m_{x}$

+ m_x là khối lượng hạt nhân

+ Zm_p là khối lượng Z proton

+ (A - Z)m_n là khối lượng N notron

1.3 Hạt nhân - năng lượng liên kết

- Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân. Hay còn được hiểu là năng lượng thu vào để phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng biệt.

- Năng lượng hạt nhân được kí hiệu là W_lk

- Công thức tính:

$W_{lk}=\Delta m.c^{2}=[(Z.m_{p}+(A-Z).m_{n})-m_{x}].c^{2}$

Nắm trọn bí kíp 9+ thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lý cùng khóa học PAS THPT độc quyền của VUIHOC

1.4 Hạt nhân - năng lượng liên kết riêng

- Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là năng lượng của một nuclong. Năng lượng này càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

- Công thức tính:

$W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}$

2. Phản ứng hạt nhân

2.1 Định nghĩa và đặc tính

- Mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi của hạt nhân được gọi là phản ứng hạt nhân.

- Có 2 loại phản ứng hạt nhân:

+ Phản ứng tự phát: Xảy ra ở các hạt nhân không bền vững, tự phân rã thành các hạt nhân khác (ví dụ như sự phóng xạ)

+ Phản ứng kích thích: Là phản ứng xảy ra khi các hạt nhân tương tác với nhau và tạo thành các hạt nhân khác ( Ví dụ như phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch)

2.2 Phản ứng hạt nhân: Các định luật bảo toàn

- Đinh luật bảo toàn nuclong ( số khối A): $A_{1}+A_{2} = A_{3}+A_{4}$

- Định luật bảo toàn điện tích ( nguyên tử số Z): $Z_{1}+Z_{2} = Z_{3}+Z_{4}$

- Định luật bảo toàn động lượng: $\overrightarrow{P_{t}} =\overrightarrow{P_{s}}$

- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: $W_{tr}=W_{s}$

- Lưu ý:

+ Năng lượng toàn phần của hạt nhân: $W=E_{0}+K=mc^{2}$

+ Động năng: $K=W-E_{0}=(m-m_{0}).c^{2}$

+ Định luật bảo toàn năng lượng có thể viết như sau:

Wđ₁ + Wđ₂ + m₁.c² + m₂.c² = Wđ₃ + Wđ₄ + m₃.c² + m₄.c²

=> (m₁ + m₂ - m₃ - m₄).c² = Wđ₃+ Wđ₄ - Wđ₁ - Wđ₂ = Q_tỏa/thu

+ Động năng và động lượng có mối liên hệ:

$p^{2}=2mW_{d}=2mK$ hay $K=W_{d}=\frac{p^{2}}{2m}$

2.3 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

- Sau khi phản ứng hạt nhân xảy ra sẽ tỏa ra năng lượng trong phản ứng hạt nhân hay còn được hiểu là năng lượng cần thiết để cung cấp cho phản ứng hạt nhân.

- Phản ứng hạt nhân có thể tỏa năng lượng nếu W > 0 hoặc thu năng lượng nếu W < 0

W = (m_tr - m_s).c²

- Khối lượng trước và sau phản ứng: m_tr = m₁ + m₂ và m_s = m₃ + m₄

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

3. Dạng bài năng lượng liên kết của hạt nhân phản ứng hạt nhân

3.1 Dạng bài phương trình phản ứng hạt nhân

a. Phương pháp: Sử dụng định luật bảo toàn điện tích và khối lượng để viết

b. Bài tập minh họa:

Cho phản ứng hạt nhân sau: $_{0}^{1}\textrm{n} + _{92}^{235}\textrm{U} \rightarrow _{38}^{94}\textrm{Sr} +X+2 _{0}^{1}\textrm{n}$ Tìm X?

Lời giải: Áp dụng định luật bảo toàn ta điện tích và số khối ta có:

A = 235 + 1 - 94 - 2.1 = 140

Z = 92 - 38 = 54

=> X có số proton là 54 ; số notron là 86

3.2 Dạng bài tính năng lượng

a. Phương pháp:

- Cách 1: Tính theo năng lượng liên kết, độ hụt khối, liên kết riêng.

- Cách 2: Tính theo động năng

- Cách 3: Tính theo khối lượng

b. Bài tập minh họa:

Cho phản ứng hạt nhân sau: $_{1}^{2}\textrm{D} + _{1}^{2}\textrm{D} \rightarrow _{2}^{3}\textrm{He}+ _{0}^{1}\textrm{n}$ Trong đó: m_D = 2,0315u ; m_He = 3,0149u; m_n = 1,0087u. Hỏi phản ứng tỏa ra năng lượng bao nhiêu?

Lời giải:

$\Delta W=(2.2,0135-3,0149-1,0087).935,1=3,1671 (MeV)$

Vậy năng lượng tỏa ra là 3,1671 (MeV)

3.3 Dạng bài tìm động năng, động lượng

a. Phương pháp:

Áp dụng các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân, kết hợp giải hệ phương trình để tìm đáp án.

b. Bài tập minh họa

Hạt nhân $_{92}^{234}\textrm{U}$ là chất phóng xạ x. Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng phóng xạ khi hạt nhân $_{92}^{234}\textrm{U}$ đứng yên là 14,15 MeV. Coi khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối. Tính động năng của hạt x.