Giáo trình Cơ sở Vật lý hạt nhân: Phần 1 - Nguyễn An Sơn

Giáo trình "Cơ sở Vật lý hạt nhân" được biên soạn bởi tác giả Nguyễn An Sơn có bố cục nội dung gồm 7 chương. Ở phần 1, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 4 chương đầu tiên. Chương 1: Các tính chất cơ bản của hạt nhân nguyên tử; Chương 2: Một số mẫu cấu trúc hạt nhân; Chương 3: Phản ứng hạt nhân; Chương 4: Phân rã phóng xạ. Mời thầy cô và các em cùng tham khảo giáo trình.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Cơ sở Vật lý hạt nhân: Phần 1 - Nguyễn An Sơn NGUYỄN AN SƠN CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Lời mở đầu Kỹ thuật hạt nhân là ngành học sử dụng chùm bức xạ trong đời sống theo hai hình thức: phi năng lượng và năng lượng. Gần đây, Việt Nam triển khai đào tạo ngành Kỹ thuật hạt nhân nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử, đáp ứng an toàn năng lượng quốc gia và các ngành ứng dụng chùm bức xạ phi năng lượng phục vụ cho sự phát triển kinh tế, xã hội của đất nước. Về ứng dụng năng lượng hạt nhân, thì kỹ thuật hạt nhân cung cấp nguồn năng lượng vô cùng lớn và quan trọng trên toàn cầu, không gây ra những vấn đề như sự phát thải khí nhà kính, ô nhiễm không khí,....; trong khi đó phi năng lượng hạt nhân đã và đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như ứng dụng chùm bức xạ trong y học, nông nghiệp, công nghiệp, ... Vật lý hạt nhân là môn học bắt buộc cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật hạt nhân ở các trường đại học trên thế giới. Cuốn sách Cơ sở Vật lý hạt nhân này được biên soạn theo chương trình cho sinh viên đại học hệ kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật hạt nhân, Trường Đại học Đà Lạt. Sách cũng có thể sử dụng làm tài liệu cho sinh viên các ngành học khác như Vật lý tổng hợp, Sư phạm vật lý, Vật lý hạt nhân ở các trường đại học và cao đẳng. Nội dung sách gồm 7 chương, biên soạn để phục vụ giảng dạy từ 45 tiết  60 tiết lý thuyết. Chương 1. Trình bày các tính chất cơ bản của hạt nhân nguyên tử. Các vấn đề về: Cấu tạo hạt nhân và nguyên tử, Khối lượng nguyên tử và khối lượng phân tử, Bán kính nguyên tử, Trạng thái kích thích và sự phát xạ của nguyên tử, các thành phần của hạt nhân, Khối lượng và năng lượng liên kết hạt nhân, Năng lượng liên kết, Độ chẵn lẻ, spin, spin hạt nhân được đề cập ở chương này. i Chương 2. Trình bày một số mẫu cấu trúc hạt nhân thường được dùng để tính toán, dự đoán cấu trúc hạt nhân từ kết quả phản ứng hạt nhân thực nghiệm. Các mẫu cấu trúc bao gồm: Mẫu giọt, Mẫu khí Fermi, Mẫu lớp hạt nhân, và Mẫu suy rộng. Chương 3. Trình bày kiến thức cơ bản về Phản ứng hạt nhân. Nội dung gồm: Phân loại phản ứng, Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân, Năng lượng phản ứng, Phản ứng hạt nhân hợp phần. Chương 4. Trình bày các dạng Phân rã phóng xạ. Trong chương này, các vấn đề: Độ bền hạt nhân và các quá trình phân rã phóng xạ, Các đặc trưng cơ bản của hiện tượng phóng xạ, Các dạng phân rã phóng xạ như: Phân rã alpha, Phân rã beta, Dịch chuyển gamma được trình bày khá chi tiết. Chương 5. Trình bày một số nguồn bức xạ, phông phóng xạ và các nguồn phóng xạ dùng trong phòng thí nghiệm như: Nguồn phát beta, Nguồn phát hạt nặng mang điện, Nguồn bức xạ gamma, Nguồn neutron. Chương 6. Trình bày tương tác bức xạ với vật chất. Các vấn đề sau được trình bày rõ gồm: Tương tác của hạt nặng tích điện với vật chất, Tương tác của electron với vật chất, Tương tác của tia gamma với vật chất, và Tương tác của neutron với vật chất. Chương 7. Trình bày tương tác bức xạ gamma bên trong detector và một số hệ phổ kế gamma thường dùng trong đo đạc bức xạ và nghiên cứu cấu trúc hạt nhân. Các chương mục được biên soạn từ lý thuyết đến một số ứng dụng cơ bản. Nội dung sách được tác giả tham khảo và biên soạn từ các tài liệu trong và ngoài nước. Đây là lần xuất bản đầu tiên, vì vậy cuốn sách sẽ còn thiếu sót về bố cục cũng như nội dung. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, độc giả, các nhà nghiên cứu và các em sinh viên. ii MỤC LỤC Chương 1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ....................................................................... 1 1.1. Các hạt cơ bản ................................................................................. 1 1.2. Cấu tạo hạt nhân và nguyên tử ........................................................ 2 1.3. Khối lượng nguyên tử và khối lượng phân tử ................................. 2 1.4. Bán kính nguyên tử.......................................................................... 5 1.5. Khối lượng và năng lượng ............................................................... 5 1.6. Bước sóng của hạt ........................................................................... 8 1.7. Trạng thái kích thích và sự phát xạ của nguyên tử .......................... 9 1.8. Tổng quan về hạt nhân .................................................................... 11 1.8.1. Sự phát hiện ra hạt nhân ....................................................... 11 1.8.2. Thành phần của hạt nhân ...................................................... 12 1.9. Khối lượng và năng lượng liên kết hạt nhân ................................... 13 1.9.1. Năng lượng liên kết .............................................................. 13 1.9.2. Kích thước hạt nhân .............................................................. 13 1.10. Độ chẵn lẻ, spin, spin đồng vị và mô men điện từ......................... 17 1.10.1. Độ chẵn lẻ và spin hạt nhân ................................................ 17 1.10.2. Spin đồng vị của nucleon và hạt nhân ................................ 18 1.10.3. Mô men điện từ của hạt nhân .............................................. 19 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 ........................................................................... 22 Chương 2. MỘT SỐ MẪU CẤU TRÚC HẠT NHÂN .......................... 24 2.1. Mẫu giọt .......................................................................................... 25 2.1.1. Công thức bán thực nghiệm của Weizsacker ........................ 26 2.1.2. Phạm vi áp dụng của mẫu giọt .............................................. 31 2.1.3. Hạn chế của mẫu giọt ...