Năng lượng liên kết của một hạt nhân

I. Năng lượng liên kết của hạt nhân.

1. Lực hạt nhân

-  Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân. Lực này cũng được gọi là lực tương tác mạnh.

- Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân.

2. Độ hụt khối $\Delta m$ của hạt nhân ${}_Z{}^{A}X$

- Khối lượng hạt nhân $m_{hn}$ luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng $\Delta m$ :

3. Năng lượng liên kết $W_{lk}$ của hạt nhân ${}_Z{}^{A}X$

- Năng liên kết là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt).

Công thức: $W_{lk}=\Delta m.c^2$

Hay: $W_{lk}=\left[Z.m_p+\left(A-Z\right).m_n-m_{hn}\right].c^2$

4. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn $W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}$

-  Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Ví dụ: ${}_{26}{}^{56}Fe$  có năng lượng liên kết riêng lớn $\frac{W_{lk}}{A}$ = 8,8 (MeV/nuclôn)

II. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa và đặc tính

- Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn tới sự biến đổi của hạt nhân.

                      ${}_{Z_1}{}^{A_1}X_1+{}_{Z_2}{}^{A_2}X_2\to {}_{Z_3}{}^{A_3}X_3+{}_{Z_4}{}^{A_4}X_4$ hay ${}_{Z_1}{}^{A_1}A+{}_{Z_2}{}^{A_2}B\to {}_{Z_3}{}^{A_3}C+{}_{Z_4}{}^{A_4}D$

- Có hai loại 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. Ví dụ: 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. Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch.

Chú ý: Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân:

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

Phản ứng hạt nhân: ${}_{Z_1}{}^{A_1}A+{}_{Z_2}{}^{A_2}B\to {}_{Z_3}{}^{A_3}C+{}_{Z_4}{}^{A_4}D$

a. Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A): $A_1+A_2=A_3+A_4$

b. Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): $Z_1+Z_2=Z_3+Z_4$

c. Định luật bảo toàn động lượng: $\sum {\overrightarrow{P}}_t=\sum {\overrightarrow{P}}_s\iff {\overrightarrow{p}}_1+{\overrightarrow{p}}_2={\overrightarrow{p}}_3+{\overrightarrow{p}}_4$

d. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: ${\text{W}}_{tr}={\text{W}}_s$

Chú ý:

- Năng lượng toàn phần của hạt nhân: gồm năng lượng nghỉ và năng lượng thông thường động năng: $\text{W}=E_0+K=m{c}^2$; 

 Động năng: $K=\text{W}-E_0=\left(m-m_0\right)c^2$                 

- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần có thể viết:

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

        => (m₁ + m₂ - m₃ - m₄₎ c² = Wđ₃ + Wđ₄   - Wđ₁ - Wđ_{2  =} Q _{tỏa /thu}

- Liên hệ giữa động lượng và động năng:

     $p^2=2m{W}_d=2mK$ hay $K=W_d=\frac{p^2}{2m}$

3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân:

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

+ Năng lượng W: 

- Trong trường hợp : $m\left(kg\right);W\left(J\right)$:

$W=(m_{tr}-m_s)c^2=(\Delta m_s-\Delta m_{tr})c^2={\text{W}}_{l{k}_s}-{\text{W}}_{l{k}_{tr}}=K_s-K_{tr}$ (J)

- Trong trường hợp : $m\left(u\right);W\left(MeV\right)$

$W=(m_0-m)\mathrm{931,5}=(\Delta m-\Delta m_0)\mathrm{931,5}={\text{W}}_{l{k}_s}-{\text{W}}_{l{k}_{tr}}=K_s-K_{tr}$ (MeV)

+ Nếu m_tr > m_s: : phản ứng tỏa năng lượng;

+ Nếu m_tr < m_s: : phản ứng thu năng lượng.