Phản ứng hạt nhân

I. Định nghĩa

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

II. Hai loại phản ứng hạt nhân

1. Phản ứng hạt nhân tự phát xảy ra khi một hạt nhân tự phân rã và biến thành hạt nhân khác. Quá trình phóng xạ là một phản ứng hạt nhân tự phát.

Dạng của phản ứng hạt nhân tự phát là

2. Phản ứng hạt nhân kích thích xảy ra khi các hạt nhân tương tác nhau dẫn đến sự tạo thành các hạt nhân khác. Các phản ứng hạt nhân nhân tạo thường xảy ra theo hướng này.

Dạng của phản ứng hạt nhân kích thích là

III. Năng lượng của phản ứng hạt nhân

Khi xảy ra phản ứng hạt nhân, điều đặc biệt là tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân trước phản ứng luôn khác với tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân được tạo thành sau phản ứng (Không có định luật bảo toàn khối lượng nghỉ trong phản ứng hạt nhân) nên khi xảy ra phản ứng hạt nhân luôn có một sự chênh lệch khối lượng nghỉ.

Năng lượng tương ứng với độ chênh lệch khối lượng nghỉ này được gọi là năng lượng của phản ứng hạt nhân.

Xét phản ứng hạt nhân:   

Gọi m₁, m₂, m₃, m₄ là khối lượng nghỉ của các hạt nhân X₁, X₂, X₃, X₄.

Năng lượng của phản ứng hạt nhân này là

Dễ thấy rằng:

• Nếu W > 0 : Phản ứng tỏa năng lượng.
• Nếu W < 0 : Phản ứng thu năng lượng (Năng lượng tối thiểu để xảy ra phản ứng là |W|)

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

Gọi

• A₁, A₂, A₃, A₄ lần lượt là số khối (số nuclôn) của các hạt nhân X₁, X₂, X₃, X₄.
• Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ lần lượt là nguyên tử số của các hạt nhân X₁, X₂, X₃, X₄.
• K₁, K₂, K₃, K₄ lần lượt là động năng của các hạt nhân X₁, X₂, X₃, X₄.
•  lần lượt là động lượng của các hạt nhân X₁, X₂, X₃, X₄.

1. Định luật bảo toàn số khối (Định luật bảo toàn số nuclôn)

A₁ + A₂  =  A₃ + A₄

2. Định luật bảo toàn điện tích (Định luật bảo toàn nguyên tử số)

Z₁ +  Z₂  =  Z₃ +  Z₄

3. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

K₁ +  K₂ + W = K₃ +  K₄

4. Định luật bảo toàn động lượng

Chú ý:

Trong phản ứng hạt nhân không có các định luật bảo toàn sau đây:

• Định luật bảo toàn khối lượng.
• Định luật bảo toàn số prôtôn (Mặc dù trong một số lớn các trường hợp thì số prôtôn trước và sau phản ứng bằng nhau nhưng có một vài trường hợp thì điều này không đúng - dù số Z vẫn được bảo toàn - nên ta không thể nói "số prôtôn bảo toàn". Điều này sẽ thấy rõ khi ta xét các phản ứng phóng xạ bêta sẽ học trong bài kế tiếp).
• Định luật bảo toàn số nơtrôn (Lý do tương tự như trên)
• Định luật bảo toàn động năng.

V. Mối liên hệ giữa động năng K và động lượng p của cùng một hạt khi hạt này chuyển động với vận tốc v << c

• Động năng của hạt là     (1)
• Động lượng của hạt là . Suy ra độ lớn của vectơ động lượng là p = mv   (2)

Từ (1) và (2) ta biến đổi được:

     (3)

Nhận xét:

• Vì  v << c nên m coi như bằng khối lượng nghỉ của hạt đang xét.
• Động năng là một dạng năng lượng nên trong Vật Lý Hạt Nhân, đơn vị của động năng K là MeV.
• Dựa vào công thức  (3) ta chứng minh được răng: Trong Vật Lý hạt nhân, đơn vị của động lượng là MeV/c.

Bài trước   Lên đầu trang   Bài kế tiếp   Trở về trang chủ