Thư Viện Công Thức Vật Lý

$P$ Công suất nhà máy $\left(W\right)$

$Q$ năng lượng của một phản ứng sinh ra $\left(MeV\right)$

$N$ số hạt

$m$ khối lượng nhiên liệu $\left(g\right)$

$M$ khối lượng mol 

$t$ thời gian

$X_3,X_4$ 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 $Q=0$

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.

Phát biểu: Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

Chú thích:

$∆m$: độ hụt khối của hạt nhân $\left(u\right)$

$Z$: số proton

$A-Z$: số neutron

$m_p, m_n$: khối lượng của proton và neutron $\left(u\right)$

$m_X$: khối lượng của hạt nhân $\left(u\right)$

Trong đó:

$m_n\approx 1,0087u$

$m_p\approx 1,0072u$

$m_n>m_p>1 u>m_e$

Khái niệm: Lực hút giữa các nucleon trong hạt nhân để hạt nhân bền vững được gọi là lực hạt nhân.

Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Lực này cũng được gọi là lực tương tác mạnh. 

Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân $R$ $(\approx {10}^{-15}m)$.

Chú thích:

$E_0=m_0{c}^2$: năng lượng nghỉ $(J, MeV)$

$E=m{c}^2$: năng lượng của hạt $(J, MeV)$

$W_{đ}$: động năng của hạt $(J, MeV)$

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

Trong đó:

$E$: năng lượng của hạt nhân $(J, MeV)$ (năng lượng nguyên tử)

$m$: khối lượng tương ứng của hạt nhân $(kg, u)$

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

Đổi: $1 \left(MeV\right)={10}^6.1,6.{10}^{-19} \left(J\right)= 1,6.{10}^{-13} \left(J\right)$

Quy ước: $1u \approx 931,5 \left(MeV/c^2\right)$

Phát biểu: Để tính toán được khối lượng hạt nhân, người ta đã định nghĩa một đơn vị đo mới. Đơn vị này gọi là đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là $u$.

Quy ước: Đơn vị $u$ có giá trị bằng $\frac{1}{12}$ khối lượng nguyên tử của đồng vị ${}_6{}^{12}C$.

$1\left(u\right)=1,66.{10}^{-27}\left(kg\right)$

Lưu ý: Các hạt nhân có khối lượng rất lớn so với khối lượng của electron; vì vậy khối lượng nguyên tử tập trung gần như toàn bộ ở hạt nhân.

Phát biểu: Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác số A, nghĩa là cùng số proton và khác số neutron.

Ví dụ: ${}_1{}^{1}H; {}_1{}^{2}H; {}_1{}^{3}H$

Hidro có ba đồng vị là:

- Hidro thường ${}_1{}^{1}H$ chiếm 99,99% hidro thiên nhiên.

- Hidro nặng ${}_1{}^{2}H$, còn gọi là Deuteri ${}_1{}^{2}D$, chiếm 0,015% hidro thiên nhiên.

- Hidro siêu nặng ${}_1{}^{3}H$, còn gọi là Triti ${}_1{}^{3}T$; hạt nhân này không bền, thời gian sống của nó khoảng 10 năm.

Phát biểu: Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt là proton và neutron; hai loại hạt này có tên chung là nucleon. 

Chú thích: $X$: kí hiệu hóa học $X$ của nguyên tố

$Z$: số thứ tự của nguyên tử trong bảng tuần hoàn (nguyên tử số)

$A$: tổng số nucleon trong một hạt nhân (số khối)

$\Rightarrow$Số neutron trong hạt nhân là $A-Z$.

Ví dụ: ${}_1{}^{1}H; {}_6{}^{12}C; {}_8{}^{16}O; {}_{92}{}^{238}U$

Một số hạt sơ cấp: ${}_1{}^{1}p, {}_0{}^{1}n, {}_{-1}{}^{0}e$