Bài 36: Năng Lượng Liên Kết Của Hạt Nhân - Phản Ứng Hạt Nhân

I. Năng lượng liên kết

1. Lực hạt nhân

* Các prôtôn trong hạt nhân mang điện dương nên đẩy nhau (lực Cu-lông) nhưng hạt nhân vẫn bền vững vì các nuclôn được liên kết với nhau bởi các lực hút rất mạnh gọi là lực hạt nhân.

* Lực hạt nhân:

+ là lực truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân;

+ rất lớn so với lực điện từ và lực hấp dẫn;

+ chỉ tác dụng trong kích thước của hạt nhân (khoảng 10^-15 m);

+ không phụ thuộc vào điện tích và khối lượng các nuclôn.

⇒  Để tách các nuclôn ra, cần cung cấp năng lượng để thắng lực hạt nhân.

2. Độ hụt khối – Năng lượng liên kết

+ Khối lượng m của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng m_o của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.

+ Người ta gọi hiệu số : Δm = m₀ - m  là độ hụt khối của hạt nhân.

+ Hạt nhân khối lượng m_X có độ hụt khối:

Δm = Zm_p + (A – Z)m_n - m_X

Với m_p, m_n lần lượt là khối lượng của prôtôn và nơtron.

3. Năng lượng liên kết

+ Vì năng lượng toàn phần được bảo toàn nên độ hụt khối Dm phải ứng với một lượng năng lượng tỏa ra:

(W_lk gọi là năng lượng liên kết).

+ Muốn phá vỡ hạt nhân thì phải tốn năng lượng ΔE = W_IK = Δmc² để thắng lực hạt nhân.

4. Năng lượng liên kết riêng

+ Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn:

+ Các hạt nhân khác nhau có năng lượng riêng khác nhau nên có độ bền vững khác nhau. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

II. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa

+ Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.

* Có hai loại phản ứng hạt nhân:

a) Phản ứng hạt nhân tự phát

+ Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt khác. Ví dụ: Phóng xạ.

b) Phản ứng hạt nhân kích thích

+ Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.

Ví dụ:  Rơ –dơ- pho cho chùm hạt a bắn phá Nitơ, kết quả Nitơ bị phân rã và biến đổi thành ôxi và hiđrô.

+ Phương trình tổng quát của phản ứng hạt nhân:    

A + B → C + D

Với A, B là các hạt tương tác, còn C, D là các hạt sản phẩm.

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

* Xét phản ứng hạt nhân:

a) Bảo toàn số khối (số nuclôn)

+ Tổng số nuclôn ở vế trái và vế phải của phương trình luôn luôn bằng nhau.

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

Giải thích: Trong phản ứng hạt nhân, một prôtôn  chỉ có thể biến thành một nơtron  và ngược lại nên tổng số prôtôn  và nơtron  không đổi.

b) Bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z)

+ Tổng điện tích (tổng nguyên tử số Z) của các hạt ở hai vế trái và vế phải của phương trình luôn luôn bằng nhau.

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

+ Giải thích: Vì các hạt tham gia phản ứng hạt nhân tạo thành hệ cô lập về điện nên điện tích của hệ không đổi.

c) Bảo toàn năng lượng toàn phần

d) Bảo toàn động lượng

* Cần lưu ý rằng không có định luật bảo toàn khối lượng (nghỉ), không có bảo toàn số prôtôn và không có bảo toàn số nơtron của hệ.

3. Năng lượng của phản ứng hạt nhân

* Sự hụt khối của từng hạt nhân kéo theo sự không bảo toàn khối lượng trong phản ứng hạt nhân.

* Gọi:

+ m_t là tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng.

+ m_s là tổng khối lượng nghỉ của các hạt sau phản ứng.

⇒ năng lượng của phản ứng là:

+ Một phản ứng có m_t > m_s (ΔE > 0) là phản ứng tỏa năng lượng.

+ Một phản ứng có m_t < m_s (ΔE < 0) là phản ứng thu năng lượng.

III. Bài tập luyện tập Năng lượng liên kết của hạt nhân - Phản ứng hạt nhân của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1: Đại lượng nào sau đây đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân?

A. Năng lượng liên kết.

B. Năng lượng nghỉ.  

C. Độ hụt khối.

D. Năng lượng liên kết riêng.

Câu 2: Hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau, số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì

A. năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y.

B. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X.

C. năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau.

D. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y.

Câu 3: Trong phản ứng hạt nhân đại lượng nào sau đây được bảo toàn?

A. Tổng số prôtôn.

B. Tổng số nơtrôn.

C. Tổng số nuclôn.

D. Tổng khối lượng các hạt nhân.

Câu 4: Cho phản ứng hạt nhân sau: . Hạt  nhân X là

A. .

B. .                        

C. .                        

D. .

Câu 5: Xét phản ứng : . Tỉ số bằng

A. .

B. .                   

C. .                   

D. .

Câu 6: Hạt nhân có khối lượng m_U = 238,00002u. Biết khối lượng các hạt prôtôn và nơtron lần lượt là m_p = 1,00728u và m_n = 1,00866u. Độ hụt khối của hạt nhân bằng

A. 1,9341u.

B. 1,9328u.                

C. 1,8946u.                

D. 1,9423u.

Câu 7: Hạt nhân có khối lượng m_Be = 10,001130u. Biết khối lượng của hạt prôton và nơtron lần lượt là m_p = 1,007276u và m_n­ = 1,008665u; 1u = 931,5 MeV/c². Năng lượng liên kết hạt nhân bằng

A. 74,846 MeV.

B. 74,684 MeV.          

C. 78,446 MeV.          

D. 74,486 MeV.

Câu 8: Hạt nhân có khối lượng m_U = 234,9933u. Biết khối lượng các hạt prôtôn và nơtron lần lượt là m_p = 1,00728u và m_n = 1,00866u; 1u = 931,5 MeV/c². Năng lượng liên kết riêng của bằng

A. 1733,67 MeV/nuclôn.

B. 1801,61 MeV/nuclôn.        

C. 7,59 MeV/nuclôn.

D. 7,49 MeV/nuclôn.

Câu 9: Cho khối lượng nguyên tử của đồng vị cacbon ; êlectron; prôtôn và nơtron lần lượt là 12112,490 MeV/c²; 0,511 MeV/c²; 938,256 MeV/c² và 939,550 MeV/c². Năng lượng liên kết của hạt nhân bằng

A. 93,896 MeV.

B. 96,962 MeV.          

C. 100,028 MeV.        

D. 103,594 MeV.

Câu 10: Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng là 37,9638 u và tổng khối lượng nghỉ các hạt sau phản ứng là 37,9656 u. Lấy 1 u = 931,5 MeV/c². Phản ứng này

A. tỏa năng lượng 16,8 MeV.

B. thu năng lượng 1,68 MeV.

C. thu năng lượng 16,8 MeV.

D. tỏa năng lượng 1,68 MeV.

Giáo viên biên soạn : Bùi Trần Đức Anh Thái

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến