Bài 2: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân.

Phát biểu: Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số $c^2$.

Năng lượng liên kết là năng lượng tỏa ra khi kết hợp các nucleon thành hạt nhân, còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân.

Chú thích: 

$W_{lk}$: năng lượng liên kết của hạt nhân $\left(MeV\right)$

$∆m$: độ hụt khối của hạt nhân $\left(u\right)$, $1u{c}^2=931,5 MeV$

$c^2:$hệ số tỉ lệ, với $c$ là tốc độ ánh sáng trong chân không.

Phát biểu: Năng lượng liên kết riêng là thương số giữa năng lượng liên kết $W_{lk}$và số nucleon $A$ (số khối). Đại lượng này đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

Chú thích:

$W_{lkr}$: năng lượng liên kết riêng ($MeV/nuclôn$)

$W_{lk}$: năng lượng liên kết của hạt nhân $\left(MeV\right)$

$A$: số khối

Lưu ý:

- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

- Các hạt nhân có $50<A<70$ gọi là các hạt nhân trung bình $\Rightarrow$rất bền vững.

- Năng lượng cần để tách một hạt khỏi hạt nhân,

Phát biểu: Một vật có khối lượng $m_0$ khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ $v$, khối lượng sẽ tăng lên thành $m$.

Chú thích:

$m_0$: khối lượng nghỉ của hạt $(kg, u)$

$m$: khối lượng động của hạt $(kg, u)$

$v:$ vận tốc của hạt $(m/s)$

$c=3.{10}^8 \left(m/s\right)$: tốc độ ánh sáng trong chân không

Chú thích:

$m_1, m_2$ $(kg hoặc u)$: khối lượng của các hạt thành phần trước khi xảy ra phản ứng hạt nhân, lần lượt ứng với $\overrightarrow{v_1,} \overrightarrow{v_2.}$ và động năng $K_1, K_2.$

$m_3, m_4$ $(kg hoặc u)$: khối lượng của các hạt thành phần sau khi xảy ra phản ứng hạt nhân, lần lượt ứng với $\overrightarrow{v_3,} \overrightarrow{v_4.}$ và động năng $K_3, K_4.$

Đơn vị tính của $K: Joule \left(J\right).$

Phát biểu: Có 2 loại phản ứng hạt nhân:

- Phản ứng hạt nhân tự phát (quá trình phóng xạ).

- Phản ứng hạt nhân kích thích (quá trình phân hạch,...)

Tương tự như các quá trình tương tác cơ học của các hạt, các phản ứng hạt nhân cũng tuân theo các định luật bảo toàn.

1. Bảo toàn điện tích:

$Z_1+Z_2=Z_3+Z_4$ (các số $Z$ có thể âm)

2. Bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối $A$)

$A_1+A_2=A_3+A_4$ (các số $A$ luôn không âm)

Chú ý: Số hạt neutron $(A-Z)$ không bảo toàn.

3. Bảo toàn năng lượng toàn phần.

4.  Bảo toàn động lượng.

$$\begin{gathered} m_{0A}{c}^2+K_A+m_{0B}{c}^2+K_B=m_{0C}{c}^2+m_{0D}{c}^2+K_C+K_D+Q \\ \Rightarrow Q=K_C+K_D-K_A-K_B=K_S-K_T \\ \Rightarrow Q=\left(m_{0A}+m_{0B}-m_{0C}-m_{0D}\right)c^2 \\ \Rightarrow Q=\left(∆m_C+∆m_D-∆m_A-∆m_B\right)c^2 \\ \Rightarrow Q=∆E_C+∆E_D-∆E_A-∆E_B \end{gathered}$$

Quy ước:

$Q>0$ thì phản ứng tỏa năng lượng.

$Q<0$ thì phản ứng thu năng lượng.