Sách bài tập Vật lí 12 Bài 22 (Kết nối tri thức): Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Giải SBT Vật lí 12 Bài 22: Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Câu 22.1 trang 73 Sách bài tập Vật Lí 12: Đánh dấu (x) vào các cột (đúng) hoặc (sai) tương ứng với các nội dung trong bảng dưới đây

Lời giải:

Giải thích:

- Trong một phản ứng hạt nhân, không nhất thiết phải cần từ hai hạt tham gia phản ứng trở lên, ví dụ như phản ứng phân hạch chỉ cần 1 hạt nhân mẹ ban đầu.

- Trong phản ứng hạt nhân, không có định luật bảo toàn khối lượng.

- Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng.

- Hạt nhân càng bền vững khi năng lượng liên kết riêng E_lkr càng lớn.

Câu 22.2 trang 74 Sách bài tập Vật Lí 12: Một hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì hạt nhân đó

A. có năng lượng liên kết càng lớn.

B. có năng lượng liên kết không đổi.

C. có năng lượng liên kết càng nhỏ.

D. càng bền vững.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Năng lượng liên kết E_lk = Δm.c². Một hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì hạt nhân đó sẽ có năng lượng liên kết càng lớn.

Câu 22.3 trang 74 Sách bài tập Vật Lí 12: Năng lượng liên kết của hạt nhân bằng

A. năng lượng trung bình liên kết mỗi nucleon trong hạt nhân.

B. năng lượng cần thiết để tách một nucleon khỏi hạt nhân.

C. năng lượng cần thiết để tách rời tất cả các nucleon trong hạt nhân.

D. tích của khối lượng hạt nhân với bình phương của tốc độ ánh sáng trong chân không.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Năng lượng liên kết của hạt nhân bằng năng lượng cần thiết để tách rời tất cả các nucleon trong hạt nhân.

Câu 22.4 trang 74 Sách bài tập Vật Lí 12: Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân có giá trị

A. lớn nhất đối với các hạt nhân nhẹ.

B. lớn nhất đối với các hạt nhân nặng.

C. lớn nhất đối với các hạt nhân trung bình.

D. như nhau với mọi hạt nhân.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân có giá trị lớn nhất đối với các hạt nhân trung bình.

Câu 22.5 trang 74 Sách bài tập Vật Lí 12: Độ hụt khối của hạt nhân ${}_{\text{Z}}^{\text{A}}\text{X}$ là

A. $∆$m = (Zm_p + Nm_n) - m.

B. $∆$m = m - Nm_p – Zm_n.

C. $∆$m = Zm_n - Zm_p.

D. $∆$m = Zm_p + Nm_n

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Câu 22.6 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

A. càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

B. có thể bằng 0 đối với các hạt nhân đặc biệt.

C. càng nhỏ thì hạt nhân càng bền vững.

D. có thể dương hoặc âm.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

Câu 22.7 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Đại lượng nào sau đây đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân?

A. Số neutron.

B. Năng lượng liên kết riêng.

C. Số hạt proton.

D. Năng lượng liên kết.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Câu 22.8 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt α có độ hụt khối 0,0308 amu. Năng lượng liên kết của hạt này bằng

A. 23,52 MeV.

B. 25,72 MeV.

C. 24,72 MeV.

D. 28,70 MeV.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Áp dụng công thức W_lk = Dm.c²

W_lk = 0,0308.931,5 ≈ 28,70 MeV

Câu 22.9 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Nếu năng lượng liên kết của hạt nhân helium ${}_2^4\text{He}$ là 28,8 MeV thì năng lượng liên kết riêng của nó là

A. 7,20 MeV/nucleon.

B. 14,1 MeV/nucleon.

C. 0,72 MeV/nucleon.

D. 1,4 MeV/nucleon.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Năng lượng liên kết riêng của ${}_2^4\text{He}:\frac{{\text{W}}_{\text{lk}}}{\text{A}}=\frac{28,8}{4}=7,20\text{MeV}/$nucleon.

Câu 22.10 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Độ bền vững của hạt nhân càng cao khi

A. số nucleon của hạt nhân càng nhỏ.

B. số nucleon của hạt nhân càng lớn.

C. năng lượng liên kết của nó càng lớn.

D. năng lượng liên kết riêng của nó càng lớn.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Câu 22.11 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Một hạt nhân có 8 proton và 9 neutron. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này bằng 7,75 MeV/nucleon. Biết m_p = 1,0073 amu, m_n = 1,0087 amu. Khối lượng của hạt nhân đó bằng bao nhiêu amu?

A. 16,545 amu.

B. 17,138 amu.

C. 16,995 amu.

D. 17,243 amu.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

W_lk = A.W_lkr = (8 + 9).7,75 = 131,75 MeV; $\Delta \text{m}=\frac{{\text{W}}_{\text{lk}}}{931,5}=\frac{131,75}{931,5}=0,141amu$

m_x = (8m_p + 9m_n) - $∆$m = 16,996 amu.

Câu 22.12 trang 75 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho khối lượng nguyên tử helium là m_He = 4,003 amu; khối lượng electron là m_e = 0,000549 amu. Khối lượng của hạt α là

A. 4,001902 amu.

B. 4,000921 amu.

C. 4,000975 amu.

D. 4,002654 amu.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Khối lượng của hạt a là: m_a = m_He – 2m_e = 4,001902 amu.

Câu 22.13 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt nhân ${}_1^2\text{H}$ có khối lượng 2,0136 amu. Năng lượng liên kết của nó bằng

A. 1,15 MeV.

B. 4,6 MeV.

C. 3,45 MeV.

D. 2,23 MeV.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Độ hụt khối $\Delta m=1.1,0073+(2-1).1,0087-2,0136=0,0024amu$

Năng lượng liên kết $W_{lk}=\Delta m.c^2=0,0024.931,5=2,2356MeV$

Câu 22.14 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho ba hạt nhân X, Y và Z có số nuleleon tương ứng là $A_X,A_Y$ và $A_Z$ với ${\text{A}}_{\text{X}}=2 {\text{A}}_Y=0,5 {\text{A}}_{\text{Z}}.$ Biết năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân tương ứng là $\Delta {\text{E}}_{\text{X}},\Delta {\text{E}}_{\text{Y}}$ và $\Delta {\text{E}}_{\text{Z}}$ với $\Delta {\text{E}}_{\text{Z}}<\Delta {\text{E}}_{\text{X}}<\Delta {\text{E}}_{\text{Y}}.$ Các hạt nhân này được sắp xếp theo thứ tự tính bền vững giảm dần như:

A. Y, X, Z.

B. Y, Z, X.

C. X, Y, Z.

D. Z, X, Y.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

${\text{A}}_{\text{X}}=2 {\text{A}}_Y=0,5 {\text{A}}_{\text{Z}}\Rightarrow A_Y<A_X<A_Z.$

Lại có $\Delta {\text{E}}_{\text{Z}}<\Delta {\text{E}}_{\text{X}}<\Delta {\text{E}}_{\text{Y}}$ nên W_lkr (Z) < W_lkr (X) < W_lkr (Y).

Câu 22.15 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho khối lượng của proton, neutron; ${}_{18}^{40}\text{Ar}{;}_3^6\text{Li}$ lần lượt là 1,0073 amu; 1,0087 amu; 39,9525 amu; 6,0145 amu và 1 amu = 931,5 MeV/c². So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ${}_3^6\text{Li}$ thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ${}_{18}^{40}\text{Ar}$

A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV.

B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV.

C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV.

D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Độ hụt khối của ${}_{18}^{40}\text{Ar}$ là: $\Delta m=18.1,0073+(40-18).1,0087-39,9525=0,3703MeV$

Năng lượng liên kết riêng của ${}_{18}^{40}\text{Ar}$ là:

$W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{\Delta m.c^2}{A}=\frac{0,3703.931,5}{40}=8,62MeV/nucleon$

Độ hụt khối của ${}_3^6\text{Li}$ là: $\Delta m=3.1,0073+(6-3).1,0087-6,0145=0,0335MeV$

Năng lượng liên kết riêng của ${}_3^6\text{Li}$ là:

$W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{\Delta m.c^2}{A}=\frac{0,0335.931,5}{6}=5,2MeV/nucleon$

Vậy năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ${}_3^6\text{Li}$ lớn hơn năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ${}_{18}^{40}\text{Ar}$ một lượng là 3,42 MeV.

Câu 22.16 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Phần lớn năng lượng giải phóng trong phản ứng phân hạch là

A. năng lượng toả ra do phóng xạ của các mảnh.

B. động năng các neutron phát ra.

C. động năng của các mảnh.

D. năng lượng các photon của tia $\gamma$.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Phần lớn năng lượng giải phóng trong phản ứng phân hạch là động năng của các mảnh.

Câu 22.17 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Tìm câu sai. Những điều kiện cần phải có để tạo ra phản ứng hạt nhân dây chuyền là

A. sau mỗi lần phân hạch, số n giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1.

B. lượng nhiên liệu (uranium, ptutonium) phải đủ lớn để tạo nên phản ứng dây chuyền.

C. nhiệt độ phải được đưa lên cao.

D. phải có nguồn tạo ra neutron.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Câu 22.18 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Phản ứng nhiệt hạch là

A. phản ứng hạt nhân tự phát.

B. phản ứng tổng hợp hạt nhân.

C. phản ứng phân hạch.

D. phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nặng.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Câu 22.19 trang 76 Sách bài tập Vật Lí 12: Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do

A. các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng nó.

B. các phản ứng phân hạch xảy ra trong lòng nó.

C. các phản ứng hoá học xảy ra trong lòng nó.

D. các phản ứng hạt nhân tự phát dây chuyền trong lòng nó.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng nó.

Câu 22.20 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Phản ứng hạt nhân nào sau đây không phải là phản ứng nhiệt hạch?

A. ${}_1^2\text{H}{+}_1^2\text{H}{\to }_2^4\text{He}.$

B. ${}_1^2\text{H}{+}_3^6\text{Li}\to 2_2^4\text{He}.$

C. ${}_2^4\text{He}{+}_7^{14} \text{N}{\to }_8^{17}\text{O}{+}_1^1\text{H}.$

D. ${}_1^1\text{H}{+}_1^3\text{H}{\to }_2^4\text{He}.$

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Phản ứng nhiệt hạch là sự tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn.

Câu 22.21 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Tìm phát biểu sai.

A. Phản ứng nhiệt hạch là sự tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nặng hơn, còn phản ứng phân hạch là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn.

B. Năng lượng toả ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng toả ra trong phản ứng phân hạch.

C. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch đều là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.

D. Hiện nay con người đã kiểm soát được phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Hiện nay con người mới kiểm soát được phản ứng phân hạch trong lò phản ứng hạt nhân; còn với phản ứng nhiệt hạch thì mới chỉ thực hiện được phản ứng dưới dạng không kiểm soát được (bom H).

Câu 22.22 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Quan sát Hình 22.1 cho biết: Các hạt nhân ${}_8^{17}\text{O}$ và ${}_1^1\text{H}$ được tạo ra từ các nucleon của hạt nhân nào?

Lời giải:

Các nucleon thể hiện trong hình vẽ có vai trò như nhau. Các hạt nhân ${}_8^{17}\text{O}$ và hạt nhân ${}_1^1\text{H}$ được tạo ra từ các nucleon bất kì của hạt nhân ${}_2^4\text{He}$ và ${}_7^{14} \text{N}$

Câu 22.23 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Biết năng lượng liên kết của hạt nhân ²³⁵U là 1 809,5 MeV, của ¹⁴⁰Ce là 1 180,2 MeV, của ⁵⁶Fe là 494,8 MeV. Hãy so sánh độ bền vững của các hạt nhân này.

Lời giải:

Năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân ${}^{235}\text{U}{,}^{140}\text{Ce}{,}^{56}\text{Fe}$ là:

$\begin{array}{l}{\text{W}}_{\text{U}}=\frac{1809,5}{235}=7,7\text{MeV};\\ {\text{W}}_{\text{Ce}}=\frac{1180,2}{140}=8,43\text{MeV};\\ {\text{W}}_{\text{Fe}}=\frac{494,8}{56}=8,83\text{MeV}.\end{array}$

Vậy ${\text{W}}_{\text{U}}<{\text{W}}_{\text{Ce}}<{\text{W}}_{\text{Fe}}$. Do đó hạt nhân ${}^{56}\text{Fe}$ bền vững nhất.

Câu 22.24 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Khối lượng hạt nhân α là $m_{\alpha }$ = 4,0015 amu. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân α là W_lkr = 7,1 MeV. Tính năng lượng được toả ra khi có 1 mol các hạt a được tạo thành từ các hạt nhân proton và neutron.

Lời giải:

Khối lượng của 1 mol hạt α là: ${\text{N}}_{\text{A}}\cdot {\text{m}}_{\alpha }=6,022\cdot {10}^{23}\cdot 4,0015\cdot 1,66054\cdot {10}^{-27}=4,0014 \text{g}.$

Số hạt α trong 1 g chất đó là: $\text{n}=\frac{6,022\cdot {10}^{23}}{4,0014}\approx 1,{505.10}^{23}$ hạt/g.

Khi các hạt neutron và proton riêng rẽ tạo thành hạt α thì có độ hụt khối và toả ra năng lượng đúng bằng năng lượng liên kết của hạt α. Năng lượng liên kết riêng của hạt α là $W_{\alpha }$ = 7,1 MeV và số khối A = 4, nên năng lượng liên kết là: W = $W_{\alpha }$A = 4.7,1 = 28,4 MeV.

Năng lượng toả ra cần tìm là: nW = 1,505.10²³.28,4 = 42,742.10²³ MeV = 68,38.10¹⁰ J.

Câu 22.25 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Biết khối lượng hạt nhân ${}_2^4\text{He}$ là m_He = 4,0015 amu. Hãy so sánh khối lượng này với tổng khối lượng của các nucleon tạo thành nó.

Lời giải:

Hạt nhân ${}_2^4\text{He}$ có 2 proton và 2 neutron. Khối lượng của 2 proton và 2 neutron là:
2m_p + 2m_n = 2.1,007276 + 2.1,008665 ≈ 4,0319 amu.

Tổng khối lượng các nucleon tạo thành lớn hơn khối lượng hạt nhân.

Câu 22.26 trang 77 Sách bài tập Vật Lí 12: Năng lượng liên kết của hạt nhân nguyên tử ${}_7^{14} \text{N}$ bằng bao nhiêu? Biết rằng hạt nhân nguyên tử ${}_7^{14} \text{N}$ có khối lượng bằng 14,003242 amu.

Lời giải:

Áp dụng công thức ${\text{W}}_{\text{lk}}=\left[{\text{Zm}}_{\text{p}}+(\text{A}-\text{Z}){\text{m}}_{\text{n}}-\text{m}\right]{\text{c}}^2$

Với $\text{Z}=7;\text{A}-\text{Z}=7;{\text{m}}_{\text{p}}\approx 938\text{MeV}/{\text{c}}^2;{\text{m}}_{\text{n}}\approx 939\text{MeV}/{\text{c}}^2$

$\text{m}\left({}_7^{14} \text{N}\right)=14,003242.931,5\text{MeV}/{\text{c}}^2$, ta tìm được ${\text{W}}_{\text{lk}}\approx 95\text{MeV}.$

Câu 22.27 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong hai hạt nhân ${}_4^9\text{Be}$ và ${}_{13}^{27}\text{Al}$, hạt nhân nào bền vững hơn? Biết khối lượng hạt nhân ${}_4^9\text{Be}$ là $9,00122\text{amu}$ và khối lượng hạt nhân ${}_{92}^{235}\text{U}$ là $26,98146\text{amu}.$

Lời giải:

Năng lượng liên kết riêng của ${}_4^9\text{Be}$ là:

$\frac{\Delta {\text{W}}_{Be}}{{\text{A}}_{Be}}=\frac{\left[4.1,00728+5.1,00867-9,00122\right].931,5}{9}=7,37$

Năng lượng liên kết riêng của ${}_{13}^{27}\text{Al}$ là:

$\frac{\Delta {\text{W}}_{Al}}{{\text{A}}_{Al}}=\frac{\left[13.1,00728+14.1,00867-26,98146\right].931,5}{27}=8,09$

Sau khi tìm được năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ${}_4^9\text{Be}$ và hạt nhân ${}_{13}^{27}\text{Al}$, so sánh ta nhận thấy năng lượng liên kết riêng của nhôm $\left(\frac{\Delta {\text{W}}_{\text{Al}}}{{\text{A}}_{\text{Al}}}\right)$ lớn hơn, bền vững hơn.

Câu 22.28 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 12: Biết phân hạch một hạt nhân ${}_{92}^{235}\text{U}$ trong lò phản ứng sẽ toả ra năng lượng $200\text{MeV}/1$ hạt nhân

a) Tính năng lượng toả ra khi phân hạch $1 {\text{kg}}_{92}^{235}\text{U}.$

b) Tính lượng than cần phải đốt để có một nhiệt lượng tương đương. Cho năng suất toả nhiệt của than bằng $2,93\cdot {10}^7 \text{J}/\text{kg}.$

Lời giải:

a) Số hạt nhân ${}_{92}^{235}\text{U}$ có trong 1 kg ${}_{92}^{235}\text{U}$ là: $N=\frac{m}{A}{N}_A=\frac{1000}{235}.6,{02.10}^{23}=2,{56.10}^{24}$

Mỗi hạt nhân tham gia 1 phản ứng phân hạch.

Năng lượng toả ra: $W=2,{56.10}^{24}\mathrm{.200.1},{6.10}^{-13}=8,{2.10}^{13}J.$

b) Khối lượng than cần sử dụng: $m=\frac{8,{2.10}^{13}}{2,{93.10}^7}=2,{8.10}^{6}kg.$

Câu 22.29 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi tổng hợp hạt nhân ${}_2^4\text{He}$ từ phản ứng hạt nhân ${}_1^{1}H+{}_3^{7}Li\to {}_2^{4}He+X$, mỗi phản ứng trên toả năng lượng $17,3\text{MeV}.$ Tính năng lượng toả ra khi tổng hợp được 0,5 mol helium.

Lời giải:

Vì hạt nhân X cũng là hạt nhân helium ${}_2^4\text{He}$, nên năng lượng toả ra khi tổng hợp được 0,5 mol helium là: $\frac{17,3\cdot 6,023\cdot {10}^{23}}{2.2}=2,6\cdot {10}^{24}\text{MeV}.$

Câu 22.30 trang 78 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho phản ứng nhiệt hạch: ${}_1^{3}H{+}_1^{2}H\to {}_2^{4}He{+}_0^{1}n+17,5MeV.$ Tính năng lượng toả ra trong phản ứng trên khi 1 kg helium được tạo thành. Hãy so sánh với năng lượng toả ra khi $1 {\text{kg}}_{92}^{235}\text{U}$ phân hạch.

Lời giải:

Năng lượng toả ra khi tổng hợp được 1 kg helium:

$W_{He}=\frac{1000}{4}.6,{02.10}^{23}.17,5.1,{6.10}^{-13}=4,{214.10}^{14}J$

Mặt khác, ta đã biết $1 {\text{kg}}^{235}\text{U}$ (câu 22.28) phân hạch hoàn toàn toả ra năng lượng là $8,2\cdot {10}^{13} \text{J}.$ Vậy $\frac{{\text{W}}_{\text{He}}}{{\text{W}}_{\text{U}}}\approx 5,1$lần.

Lý thuyết Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

I. Phản ứng hạt nhân

1. Thí nghiệm phát hiện phản ứng hạt nhân

Rutherford đã cho chùm hạt alpha ($2_{4}He$), phóng ra từ nguồn phóng xạ ${84}_{210}Po$ đặt tại P, bắn phá hạt nhân $7_{14}N$ có trong không khí được dẫn theo đường nạp và hút khí A (Hình 22.1). Kính hiển vi K dùng để quan sát vết sáng được tạo ra do hạt nhân đập vào màn phủ huỳnh quang S. Từ kết quả thí nghiệm, ông cho rằng có hạt nhân $1_{1}H$ trong sản phẩm. Tuy nhiên, ông chưa đưa ra được kết luận về bản chất diễn biến của quá trình tương tác trên.

Năm 1925, Patrick Blackett (Pa-trích Bơ-lách-két) đã sử dụng buồng sương để chụp được dấu vết tương tác này, đó chính là vết sương rẽ nhánh trong Hình 22.2. Buồng sương là một buồng hơi ở trạng thái siêu bão hòa, có thể tạo ra các vệt sương đủ to dọc theo đường đi của các hạt mang điện chuyển động mà mắt thường có thể nhìn thấy được. Kết quả phân tích hình ảnh của vết sương rẽ nhánh là bằng chứng giúp ông đi tới kết luận: Trong một số trường hợp, hạt $2_{4}He$ bắn phá vào hạt nhân $7_{14}N$ đã tạo ra hai hạt nhân mới đó là $8_{17}O$ và $1_{1}H$

2. Các loại phản ứng hạt nhân

Người ta gọi quá trình biến đổi hạt nhân này thành hạt nhân khác là phản ứng hạt nhân.

Phản ứng hạt nhân thường được chia làm hai loại:

- Phản ứng hạt nhân kích thích: là quá trình các hạt nhân tương tác với các hạt khác (ví dụ: hạt nhân, neutron, ... ) tạo ra các hạt nhân mới. Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân.

- Phản ứng hạt nhân tự phát: là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân mới. Ví dụ: hiện tượng phân rã hạt nhân ${92}_{238}U$ được công bố lần đầu tiên trên thế giới bởi Henri Becquerel.

3. Định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích trong phản ứng hạt nhân

Phương trình phản ứng hạt nhân:

${Z_1}_{A_1}{X}_1+{}_{Z_2}^{A_2}{X}_2\to {}_{Z_3}^{A_3}{X}_3+{}_{Z_4}^{A_4}{X}_4$

- Định luật bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nucleon của các hạt trước phản ứng bằng tổng số nucleon của các hạt tạo thành sau phản ứng. Bảo toàn số nucleon cũng là bảo toàn số khối A.

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

- Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích của các hạt trước phản ứng bằng tổng đại số các điện tích của các hạt tạo thành sau phản ứng.

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

II. Năng lượng liên kết

1. Lực hạt nhân và năng lượng liên kết riêng

- Lực tương tác giữa các nucleon trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nucleon với nhau.

- Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nucleon. So với lực điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn.

- Tương tác hạt nhân chỉ đáng kể khi các hạt nucleon nằm cách nhau một khoảng rất ngắn, bằng hoặc nhỏ hơn kích thước của hạt nhân. Nói một cách khác, bán kính tác dụng của lực hạt nhân cỡ 10^-15 m. Muốn tách nucleon ra khỏi hạt nhân, cần phải tốn năng lượng để thắng lực hạt nhân.

- Năng lượng tối thiểu dùng để tách toàn bộ số nucleon ra khỏi hạt nhân bằng năng lượng liên kết hạt nhân E_lk.

- Mức độ bền vững của hạt nhân phụ thuộc vào năng lượng liên kết riêng: $E_{\text{lkr}}=\frac{E_{\text{lk}}}{A}$

Hạt nhân có E_lkr càng lớn thì càng bền vững.

2. Độ hụt khối

Độ chênh lệch giữa tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng m, của hạt nhân gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu là Δm:

$\Delta m=Z{m}_{\text{p}}+(A-Z)m_{\text{n}}-m_{\text{x}}$

3. Mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng

- Năng lượng liên kết hạt nhân bằng năng lượng tối thiểu cần cung cấp để tách hạt nhân đó thành các nucleon riêng lẻ:

$E_{\text{lk}}=\Delta m\cdot c^2=\left(Z{m}_{\text{p}}+(A-Z)m_{\text{n}}-m_{\text{x}}\right)c^2$

- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho một nucleon. Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

$E_{\text{lkr}}=\frac{E_{\text{lk}}}{A}$

III. Phản ứng phân hạch hạt nhân

Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn. Hai hạt nhân này, hay còn gọi là sản phẩm phân hạch, có số khối trung bình và bền vững hơn so với hạt nhân ban đầu.

1. Sự phân hạch uranium

Dùng neutron nhiệt bắt phá hạt nhân ${92}_{235}U$, kết quả thu được các hạt nhân sản phẩm có số khối nhỏ hơn và giải phóng một số neutron.

Phương trình phản ứng: $0_{1}n+{}_{92}^{235}U\to {}_{92}^{236}{U}^{*}\to {}_{39}^{95}Y+{}_{53}^{138}I+3_0^{1}n$

Phản ứng toả ra năng lượng khoảng 200 MeV dưới dạng động năng của các hạt nhân sản phẩm.

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền

Các neutron sinh ra sau mỗi phân hạch của uranium (hoặc plutonium, ... ) có thể kích thích các hạt nhân khác trong mẫu chất phân hạch tạo nên những phản ứng phân hạch mới. Kết quả là các phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo ra phản ứng dây chuyền và toả ra năng lượng rất lớn.

IV. Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng hạt nhân trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

Ví dụ một phương trình phản ứng tổng hợp hạt nhân:

$1_{2}H+{}_1^{2}H\to {}_2^{3}He+{}_0^{1}n$

Phản ứng này toả năng lượng khoảng 4 MeV

Điều kiện để xảy ra phản ứng là ở nhiệt độ rất cao cỡ 10⁷ đến 10⁸ K, mật độ đủ lớn, thời gian phản ứng đủ dài.