Phản ứng hạt nhân

I.KIẾN THỨC.
* Phản ứng hạt nhân
+ Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.
+ Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại:
- Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác.
- Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.
Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B ( C + D
Trong trường hợp phóng xạ: A ( B + C
* Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
+ Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm.
+ Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm.
+ Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ): Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm.
+ Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm.
* Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: A + B ( C + D.
Gọi mo = mA + mB và m = mC + mD. Ta thấy m0 ( m.
+ Khi m0 > m: Phản ứng tỏa ra một năng lượng: W = (m0 – m)c2.
Năng lượng tỏa ra này thường gọi là năng lượng hạt nhân. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra bền vững hơn các hạt nhân ban đầu.
+ Khi m0 < m: Phản ứng không thể tự nó xảy ra. Muốn cho phản có thể xảy ra thì phải cung cấp cho các hạt A và B môït năng lượng W dưới dạng động năng. Vì các hạt sinh ra có động năng Wđ nên năng lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m0)c2 + Wđ. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra kém bền vững hơn các hạt nhân ban đầu.
Cách 1: Tính theo khối lượng

( m0 – m)c2
mo: Khối lượng các hạt trước phản ứng
m: Khối lượng các hạt sau phản ứng
Cách 2 : Tính theo động năng
+ Bảo toàn năng lượng:
=>
=

Trong đó: (E là năng lượng phản ứng hạt nhân

là động năng chuyển động của hạt X
Cách 3: Tính theo năng lượng liên kết, liên kết riêng, độ hụt khối
(E =
-

=> (E = (E3 + (E4 – (E1 – (E2 => (E = ((m3 + (m4 - (m1 - (m2)c2
=> (E = A3(3+A4(4 - A1(1 - A2(2
Trong đó các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có:
Năng lượng liên kết riêng tương ứng là (1, (2, (3, (4.
Năng lượng liên kết tương ứng là (E1, (E2, (E3, (E4
Độ hụt khối tương ứng là (m1, (m2, (m3, (m4
- Lượng nhiên liệu cần đốt để tạo ra năng lượng tương đương
dựa trên công thức Q = m.q = (E trong đó q là năng suất tỏa nhiệt ( j/kg)

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

BÀI TOÁN 1: VIẾT PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
PHƯƠNG PHÁP:
* Phương trình phản ứng:

Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ...
Trường hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X1 ( X2 + X3
X1 là hạt nhân mẹ, X2 là hạt nhân con, X3 là hạt ( hoặc (
Các em áp dụng 2 luật bảo toàn
+ Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4
+ Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4

VÍ DỤ MINH HỌA
VD1: Hạt proton có động năng Kp = 2 MeV, bắn vào hạt nhân
đứng yên, sinh ra hai hạt nhân X có cùng động năng, theo phản ứng hạt nhân sau:

. Viết phương trìng đầy đủ của phản ứng.
HD: Ta có

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclôn => 1+7 = 2.A =>A=