Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử

Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử trình bày về cấu trúc hạt nhân, sự tương tác giữa proton và nơtron, đồng vị của các nguyên tố, spin hạt nhân, lực hạt nhân, momen từ hạt nhân, khối lượng và năng lượng liên kết của hạt nhân, tương tác hạt nhân, sự phóng xạ của hạt nhân, phản ứng dây chuyền và điều kiện duy trì phản ứng dây chuyền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 2: Hạt nhân nguyên tử Chương 2 HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 2.1. Cấu trúc hạt nhân Năm 1909 Rutherford tìm ra proton và năm đã đưa ra mẫu hành tinh nguyên tử mới n sát sự tán xạ của các hạt ỏ qua lá vàng m đã khám phá được rằng: toàn bộ điện rằng:ơng của nguyên tố và hầu như toàn bộ khối lư yên tử tập trung trong một vùng nhỏ tại yên tử gọi là hạt nhân nguyên tử, còn các điệ tử, quay xung quanh theo các quỹ đạo xácơtron năm 1932,o dựa trên hệ thức Heisenberg, vào 4 xác định mẫu gồm hai loại hạtà notron, có têng là nuclon. James Chadwick We Heisenbergà hạt mang điện tích dương,bằng điện tích của electron e19C, có khối lượng là mp =0-27 kg.à một hạt trung hoà về điện,ượng lớn hơn khối lượngột chút, cụ thể là48.10-27 kg.ể tích của hạt nhân nguyên tử chỉ vào khoảng 10 10-14tích nguyên tử, nhưng do khối lượng của electron rấ: me = 9,1095.10-31 kg nên khối lượng của nguyên 31ại chủ yếu tập trung ở hạt nhân nguyên tử. ton trong hạt ằng số thứ tựnguyên tử Notron ệ thống tuần ProtonMenđeleev. Electronc gọi là số điệny nguyên tử số.ng số các nuclon trong hạt nhân gọi là số khối lượngậy: A = Z + N trong đó N là số nơtron.ân nguyên tử được ký hiệu bằng ZXA, trong đó X làuyên tử tương ứng. Ví dụ hạt nhân liti: 3Li7 có 3 prot Sự tương tác giữa các proton và nơtron tuânao đổi hạt mezon. Có ba loại hạt mezon là:ó điện tích bằng điện tích proton, điện tích bằng điện tích electron hạt không mang điện.Khối lượng của ba hạt trên bằng cỡ 200 - 30ượng electron tức là khoảng 0,25.10 0,25.10-27kg.Sụ tương tác giữa các proton và nơtron thựchả ộ+ thành nơtron: p ộ+ nấp thu ộ- thành nơtron: p + ộ- nú thể cho ra ộ0 và proton khỏc: p ộ0, + p hả ộ- thành proton: n ộ- p Nơ ành proton: n+ ộ ộ+ pú thể cho ra ộ0 và nơtron khỏc: n ộ0, nON-loại hạt sơ cấp không bền. Có 3 loại mezo loạin muy, mezon pi và mezon k. Các mezon tạo từ một cặp quac và phản quac. Mezon ƒđ đư ll tìm thấy vào năm 1947.o hệ thức bất định về năng lượng ta có:  34 h 1,05 .10h  t  2   27 16  0 , 46 m X .C 0 , 25 .10 .9 .10g đó: h là hằng số Planck t là thời gian sống của hạt mezon. t g thời gian sống đó hạt mezon đi được một đoạn: L = 0,466.10-23(s)3.108(m/s) = 1,399.10 23(s)3.108(m/s) 1,399.10-15m. á trị này cũng gần bằng bán kính của hạt nhân, choL đôi khi còn được gọi là bán kính điện bởi nó xác đĐồng vị của các nguyên tố ồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyênhọc nhưng có khối lượng khác nhau. Hạt nhâđồng vị có cùng số proton Z nhưng có số nơtr nhau.ụ: hyđro có ba đồng vị là: 1H1, 1D2, 1T3. Các của ba đồng vị của hyđro đều có 1 proton nho thường 1H1 có nơtron, đơteri 1D2 có 1 nơt T3 có 2 nơtron.bon có bẩy đồng vị là: 6C10(T1/2=19,1s), 6C12=20,4phỳt), 6C12(98,892%), 6C13 (1,108%) Đồng vị phóng xạ là đồng vị không bền vữa các nguyên tố có tính phóng xạ. Trong thiên nhiên có chừng 50 đồng vị phótự nhiên nằm trong các họ phóng xạ, mà đồnởi đầu là các hạt nhân U235, U238, Th232 và237 có chu kỳ bán rã rất lớn và tận cùng là cá nhân bền Pb206, Pb207, Pb298 và Bi209. Ngoài ra người ta có thể tạo ra hàng nghìạt nhân như một đặc trưng lượng tử của hạt nhân, cương tự như momen động lượng của một vật quay.yển động trong hạt nhân, các nuclon còn tự quay quân nên chúng có spin kí hiệu là S, giá trị spin của nuc/2. cũng có momen xung lượng quỹ đạo vì nó chuyểnuanh hạt nhân: L = [r. P].Nếu tổng hợp hai chuyển động trên nuclon chuyển đhạt nhân sẽ có momen xung lượng toàn phần là: J = Li + Sixung lượng của từng nuclon:  A  J  i 1 Jic gọi là momen spin của các hạt nhân.cơ học lượng tử người ta chứng minh là trị riêng củ  J  j ( j  1) hgọi là lượng tử spin của hạt nhân hay gọi tắt là Spinhẵn thì spin là số nguyên 1, 2, 3 ... Lực hạt nhân Hạt nhân tồn tại được là do lực hạt nhân liên kết cá lon trong một miền nhỏ không gian. Các nuclon tác d nhau bằng hai lực chính. Một là lực đẩy tĩnh điện Cua các proton với nhau. Loại lực thứ hai là một lực húnh giữa các nuclon. Đó là một loại lực cho đến nay ta a gặp. Lực này tồn tại cả giữa notron và prton nên ng thể là lực tĩnh điện hoặc lực từ vì nếu là lực từ th hỉ là lực hút đối với một số hướng tương đối nào đó hạt mà không phải với mọi điều kiện như thử nghiệm ng tỏ. Lực này lại rất mạnh nên không thể là lực hấpười ta gọi lực này là lực hạt nhân. Lực hạt nhân là lực trao đổi:men từ hạt nhânnguyên lý Pauli, hạt nhân có từ riêng ứng với momen spinnên nó sẽ tác dụng với từ ạo ra do sự chuyển độngctron ở lớp vỏ, làm sinh raợng phụ E của electron ở Pruơng tỏc với từ trường được tạo ra do sự chuyển độtron ở lớp vỏ nờn năng lượng phụ E phụ thuộc vàen từ hạt nhõn và sự định hướng của từ trường hạtmen từ của hạt nhân bằng tổng momen từ Spất cả hạt nuclon cộng với tổng momen từ quỹác proton: Z  (P) Z  (P) A Z  (n)   i 1 Li   i 1 Si   i 1 Sihạng thứ nhất ở vế phải của biểu thức trên làen từ quỹ đạo của các proton thứ i. Số hạng vế phải của biểu thức trên ...