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

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,

Chú thích:

$A, B$ là các hạt thành phần trước phản ứng hạt nhân.

$C, D$ là các hạt thành phần sau phản ứng hạt nhân.

$∆E$ là năng lượng của phản ứng hạt nhân $\left(J\right)$

$m, K$ lần lượt là khối lượng và động năng tương ứng.

Chú thích:

$A, B$ là các hạt thành phần trước phản ứng hạt nhân.

$C, D$ là các hạt thành phần sau phản ứng hạt nhân.

$∆E$ là năng lượng của phản ứng hạt nhân $\left(J\right)$

$m, K$ lần lượt là khối lượng và động năng tương ứng.

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 $\overrightarrow{v_1,} \overrightarrow{v_2.}$

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

Đơn vị tính: $kg.m/s$.

Lưu ý:

Với $\overrightarrow{p}=\overrightarrow{p_1}+\overrightarrow{p_2} biết \phi =(\overrightarrow{p_1};\overrightarrow{p_2})$

$\Rightarrow p^2={p_1}^2+{p_2}^2+2p_1{p}_2\cos \phi$

Với $p=m.v$

Tỉ số $\frac{m_{X_1}}{m_{X_2}}\approx \frac{A_1}{A_2}$

Trường hợp đặc biệt:

$\overrightarrow{p_1}\perp \overrightarrow{p_2} \Rightarrow p^2={p_1}^2+{p_2}^2$

$X_3,X_4$ là hạt con sau phản ứng.

Bảo toàn năng lượng :

$m_1{c}^2+m_2{c}^2=m_3{c}^2+m_4{c}^2+Q+E_{\gamma }$

Q Năng lượng nhiệt sau phản ứng

${}_{Z_1}{}^{A_1}X_1+{}_{Z_2}{}^{A_2}X_2\to {}_{Z_3}{}^{A_3}X_3+{}_{Z_4}{}^{A_4}X_4$

Bảo toàn động lượng :

$\overrightarrow{p_{X_1}}=\overrightarrow{p_{X_3}}+\overrightarrow{p_{X_4}}$

Tia gamma là sóng điện từ năng theo năng lượng rất lớn

$f$ là tần số tia gamma

$h$ là hằng số plank

$X_3,X_4$ hạt nhân con sau phản ứng

Bảo toàn năng lượng

$$\begin{gathered} m_{x_1}{c}^2+m_{x_2}{c}^2+E_{\gamma }=m_{X_3}{c}^2+m_{X_4}{c}^2+Q \\ \Rightarrow E_{\gamma }=\left(m_{X_3}+m_{X_4}-m_{X_2}-m_{X_1}\right)c^2+Q \end{gathered}$$

Phản ứng tối thiểu $Q=0$

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

Quy ước:

$Q>0$ thì phản ứng tỏa năng lượng.

$Q<0$ thì phản ứng thu năng lượng.

Chứng minh: $\left\{\begin{array}{l}p=mv\\ K=\frac{1}{2}m{v}^2\end{array}\right.$

$\Rightarrow p^2=2mK$

Chú thích:

$p$: động lượng ứng với hạt có vận tốc $v$ và khối lượng $m$ $(kg.m/s)$

$K$: động năng ứng với hạt có vận tốc $v$ và khối lượng $m \left(J\right)$