Độ hụt khối năng lượng hạt nhân

Giả sử prôtôn và nơtrôn lúc đầu chưa liên kết với nhau và đứng yên.Tổng khối lượng của chúng là:Nếu lực hạt nhân liên kết các nuclôn với nhau thành một hạt nhân có khối lượng m thì đều đặc sắc là m bé hơn (không có định luật bảo toàn khối lượng). Nhưng theo thuyết tương đối, hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng , hạt nhân tạo thành có năng lượng . Vì năng lượng được bảo toàn, nên phải có một lượng năng lượng toả ra.Hiệu gọi là độ hụt khối, năng lượng tương ứng gọi...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Độ hụt khối năng lượng hạt nhânwww.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng VẬT LÝ HẠT NHÂN BÀI 2 ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN A. TÓM LƯỢC GIÁO KHOA1. Hệ thức Einstein (Anhxtanh) giữa năng lượng và khối lượngTheo thuyết tương đối của Einstein : nếu một vật có khối lượng m thì nó có năng lượng E tỉ lệvới m, gọi là năng lượng nghỉ : E = mc2.Với c là vận tốc của ánh sáng trong chân không (c = 3.108 m/s).Như vậy, theo thuyết tương đối thì không có sự bảo toàn khối lượng mà chỉ có sự bảo toànnăng lượng toàn phần, bao gồm cả năng lượng thông thường và năng lượng nghỉ.Vì có hệ thức E = mc2 nên trong Vật lý hạt nhân khối lượng của các hạt không chỉ đo bằng kgmà còn đo bằng đơn vị năng lượng chia cho c2, cụ thể là eV/c2 hoặc MeV/c2.2. Độ hụt khối và năng lượng liên kếtGiả sử ban đầu có Z prôtôn và N nơtrôn chưa liên kết với nhau và đứng yên. Tổng khối lượngcủa chúng là : m0 = Z.mp + N.mn với mp và mn lần lượt là khối lượng của prôtôn và nơtrôn.Khi các hạt này kết hợp thành hạt nhân thì khối lượng m của hạt nhân bé hơn m0, như vậykhông có bảo toàn khối lượng. Tuy nhiên theo thuyết tương đối thì các nuclôn ban đầu có nănglượng nghỉ là E0 = m0.c2, hạt nhân tạo thành có năng lượng nghỉ E = mc2 < E0. Vì năng lượngđược bảo toàn nên phải có một năng lượng ∆E = E0 – E = (m0 – m)c2 toả ra.Hiệu ∆m = m0 – m gọi là độ hụt khối, năng lượng tương ứng ∆E = (m0 – m)c2 gọi là năng lượngliên kết. Năng lượng ấy toả ra dưới dạng động năng của các hạt sinh ra và năng lượng củaphôtôn tia γ.Ngược lại, để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng rẽ có tổng khối lượng m0 > m thì phải tốnnăng lượng ∆E = (m0 – m)c2; ∆E càng lớn thì càng phải tốn nhiều năng lượng để phá vỡ hạtnhân, tức là hạt nhân càng bền, nên ∆E được gọi là năng lượng liên kết. Năng lượng liên kếttính cho một nuclôn ∆E/A gọi là năng lượng liên kết riêng.Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì càng bền vững.Môn Vật lý Th ầy giáo Nguy ễn Thành Tương Trường Chuyên Lê Hồng Phong - HCMwww.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng3. Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng và thu năng lượngXét phản ứng hạt nhân : A+B → C+D với giả thiết là các hạt A và B đứng yên.Tổng số hạt nuclôn không đổi nhưng vì A, B, C, D có độ hụt khối khác nhau nên tổng khốilượng M0 của các hạt nhân A + B có thể khác tổng khối lượng M của các hạt nhân sinh ra C vàD.Phản ứng toả năng lượng : Nếu M < M0, năng lượng nghỉ ban đầu E0 = m0.c2 lớn hơn nănglượng nghỉ sau phản ứng E = mc2 . Năng lượng toàn phần được bảo toàn, nên phản ứng phảitoả ra năng lượng ∆E = (M0 – M)c2 dưới dạng động năng của C và D, hoặc phôtôn. Các hạtnhân sinh ra có khối lượng bé hơn nên có độ hụt khối lớn hơn và bền vững hơn các hạt nhânban đầu.Tóm lại : Một phản ứng trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt banđầu, nghĩa là bền vững hơn, là phản ứng tỏa năng lượng.Phản ứng thu năng lượng : Nếu M > M0, thì E > E0, phản ứng không thể tự nó xảy ra được màcần phải cung cấp cho các hạt A và B năng lượng W dưới dạng động năng của hạt A chẳnghạn. W lớn hơn ∆E = E – E0, vì các hạt sinh ra có động năng Wđ : W = ∆E + WđVậy : Một phản ứng hạt nhân sinh ra các hạt có tổng khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu(kém bền vững) là phản ứng thu năng lượng.3. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượnga. Phản ứng phân hạch : Một hạt nhân rất nặng như urani, plutôni . . . hấp thu một nơtrôn vàvỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình.b. Phản ứng nhiệt hạch : Hai hạt nhân rất nhẹ như hidrô, hêli . . . .kết hợp với nhau thành mộthạt nhân nặng hơn. B. CÂU HỎI ÔN TẬP1. Nêu lên mối quan hệ giữa khối lượng và năng lượng theo thuyết tương đối. Cho biết vì saotrong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khốI lượng.Môn Vật lý Th ầy giáo Nguy ễn Thành Tương Trường Chuyên Lê Hồng Phong - HCMwww.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng2. Định nghĩa năng lượng liên kết của một hạt nhân. Người ta dùng đại lượng nào để so sánhđộ bền vững của các hạt nhân ?3. Thế nào là phản ứng hạt nhân toả năng lượng ? phản ứng thu năng lượng ? C. CÁC BÀI TOÁN ÔN THI5. Trong các bài toán dưới đây, ngườii ta cho :u = 1,66.10–27 kg; mp = 1,0073u; mn = 1,0087u; mα = 4,0015u; số Avogadro : NA = 6,02.1023mol–1; vận tốc ánh sáng : c = 3.108 m/s; điện tích êlectrôn : e = 1,6.10–19 C1) Theo các số liệu đã cho, tính khối lượng ...