Tính chất và cấu tạo hạt nhân - Vật lý 12

TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN

I. Cấu tạo nguyên tử (Theo mẫu hành tinh nguyên tử)

Nguyên tử gồm một hạt nhân (mang điện tích dương) và các electrôn (mang điện tích âm) quay quanh hạt nhân.

• Đường kính nguyên tử vào khoảng 10 ^{- 11} m.
• Đường kính hạt nhân vào khoảng 10 ^{- 15} m.

Chú ý:

• Một cách gần đúng, ta có thể nói: Đường kính nguyên tử lớn gấp 10000 lần đường kính hạt nhân.
• Công thức gần đúng để tính bán kính của một hạt nhân là  (gọi là công thức Fec-mi) 

Trong đó R_o=1,2.10 ^{- 12} m (gọi là bán kính Fec-mi); A là tổng số nuclôn trong hạt nhân (còn gọi là số khối của hạt nhân).

Hình sau đây mô tả cấu tạo đơn giản của nguyên tử nitơ thông thường.

II. Cấu tạo hạt nhân

Hạt nhân được cấu tạo bởi hai loại hạt sơ cấp

• prôtôn mang điện tích dương. Điện tích mỗi prôtôn là +e = + 1,6.10 ^{- 19} C.
• nơtrôn không mang điện.

Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tố tương ứng trong bảng tuần hoàn.

Bảng tuần hoàn các nguyên tố

Số liệu từ bảng trên cho thấy:

• Hiđrô (H) có Z = 1 prôtôn
• Hêli (He) có Z = 2 prôtôn
• Liti (Li) có Z = 3 prôtôn
• Beri (Be) có Z = 4 prôtôn.
• .............................
• Prô tôn và nơtrôn được gọi chung là nuclôn.
• Tổng số nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối A.
• Số nơtrôn trong hạt nhân là N = A - Z
• Ký hiệu một hạt nhân là

 

Trong đó:

• X là ký hiệu của nguyên tố tương ứng với hạt nhân đang xét.
• A là số khối (cũng là tổng số nuclôn) của hạt nhân X.
• Z là nguyên tử số (cũng là số thứ tự trong bảng tuần hoàn, là số prô tôn trong hạt nhân X nếu Z > 0)

Ví dụ: 

1. Hạt nhân cacbon thông thường có ký hiệu là  . Như vậy trong hạt nhân cacbon thông thường có:

• A = 12 nuclôn
• Z = 6 prôtôn.
• N = 12 - 6 = 6 nơtrôn.

2. Hạt nhân phôtpho thông thường có ký hiệu là   . Như vậy trong hạt nhân phôtpho thông thường có:

• A = 31 nuclôn
• Z = 15 prôtôn.
• N = 31 - 15= 16 nơtrôn.

Chú ý: Cho giản tiện, người ta có thể viết ký hiệu hạt nhân theo cách khác (gọn hơn):

Ví dụ:

• Hạt nhân  có thể ký hiệu là C12 (số Z = 6 có thể tự tìm được nhờ biết tên của nguyên tố là C, nguyên tố C đương nhiên ở ô thứ 6 trong bảng tuần hoàn).
• Hạt nhân  có thể ký hiệu là P31 (số Z = 15 có thể tự tìm được nhờ biết tên của nguyên tố là P, nguyên tố P đương nhiên ở ô thứ 15 trong bảng tuần hoàn).

III. Đồng vị

1. Định nghĩa:

Đồng vị là các hạt nhân có cùng số prôtôn Z nhưng khác nhau số nơtrôn N dẫn đến sự khác nhau về số khối A.

2. Các đồng vị của hiđrô:

• Hiđrô thường có ký hiệu là  gồm có 1 prôtôn, không có nơtrôn.
• Hiđrô năng có ký hiệu là  hoặc   còn gọi là đơteri, gồm 1 prôtôn và 1 nơtrôn.
• Hiđrô siêu nặng có ký hiệu là  hoặc    còn gọi là triti, gồm 1 prôtôn và 2 nơtrôn.

IV. Đơn vị khối lượng nguyên tử u

1. Định nghĩa:

Một đơn vị khối lượng nguyên tử u bằng 1/12 lần khối lượng của một nguyên tử cacbon 

Chú ý: 

• Theo định nghĩa này: Khối lượng của 1 nguyên tử  đúng bằng 12u.
• Khối lượng của 1 nguyên tử khác đều có giá trị tính theo u là một số không nguyên. 

Ví dụ: Khối lượng của một nguyên tử  là 30,99376u (Trang 223 Sách giáo khoa Vật lý 12 Chương trình chuẩn)

• Vì u là một đơn vị khối lượng đặc biệt nên trong các tính toán hoặc trình bày, ta phải ghi rõ đơn vị u ngay sau số đo. 

Ví dụ: Khi nói về khối lượng của nguyên tử  ta phải ghi là m = 30,99376u chứ không nên chỉ ghi là m = 30,99376.

2. Khối lượng của một số hạt sơ cấp tính theo u

• Nơtrôn có khối lượng là m_n = 1,00866u
• Prô tôn có khối lượng là m_p = 1,00728u
• Electrôn có khối lượng là m_e = 0,0005486u

V. Công thức Anh-x-tanh giữa năng lượng và khối lượng

Theo thuyết tương đối:

• Một vật có khối lượng m thì có một năng lượng là E.
• Một vật có năng lượng là E thì có khối lượng là m.

Mối liên hệ giữa E và m là  E = mc²

Trong đó c = 3.10⁸ m/s là vận tốc của ánh sáng trong chân không.

VI. Đơn vị khối lượng nguyên tử MeV/c²

Dựa vào công thức Anh-x-tanh, ta tính được: 1 uc² = 931,5 MeV 

Suy ra được:

Vì u là 1 đơn vị đo khối lượng nguyên tử nên MeV/c² cũng là một đơn vị đo khối lượng nguyên tử.

VI. Công thức Anh-x-tanh về khối lượng tương đối tính

Một vật có khối lượng mo khi đứng yên sẽ có khối lượng là m > m_o khi chuyển động với vận tốc v.

Nhận xét: 

Từ công thức trên ta thấy: 

• Khi một vật có khối lượng nghỉ khác 0 chuyển động với vận tốc v = c thì khối lượng của hạt này sẽ trở nên vô cùng lớn.
• Trong vật lý hạt nhân đơn vị để tính vận tốc v của vật là c. 

Ví dụ: Nếu vật đang chuyển động với vận tốc v = 1,5.10⁸ m/s thì  nghĩa là v = 0,5c

Bình luận

/