Bài 22: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

---

I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

 1. Thí nghiệm phát hiện phản ứng hạt nhân

Năm 1925, Patrick Blackett (Pa-trích Bơ-lách-két) đã sử dụng buồng sương để chụp vết sáng được tạo ra do hạt nhân đập vào màn phủ huỳnh quang, 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 \({}_2^4\text{He}\) bắn phá vào hạt nhân \({}_7^{14}\text{N}\) đã tạo ra hai hạt nhân mới đó là \({}_8^{16}\text{O}\) và \({}_1^\text{H}\).

2. Các loại phản ứng hạt nhân 

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 (xem mục III và IV). 
• 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 \({}_{92}^{238}\text{U}\) được công bố lần đầu tiên trên thế giới bởi Henri Becquerel (Hen-ri Be-co-ren) (xem Bài 23): 

          \({}_{92}^{238}\text{U} → {}_{90}^{234}\text{Th} +  {}_{2}^{4}\text{He} \)

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

• 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. 

• 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.

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

1 . 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 một hạt nhân phụ thuộc vào năng lượng liên kết riêng, năng lượng này được tính theo công thức: 

\(E_{lkr} = \frac{E_lk}{A}\) 

Hạt nhân có \(E_{lkr}\) càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

2. Độ chênh lệch giữa tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng \(m_X\) của hạt nhân gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu là \(\Delta m\):

   \(\Delta m = [Zm_p + (A - Z)m_n] - m_X\) 

3. Mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng

Từ thuyết tương đối của Einstein:  E = mc² 

Ta rút ra biểu thức:

\(E_{lk} = E_2 - E_1 = [Zm_p + (A - Z)m_n - m_X]c² = \Delta mc²\)

Trong đó: 

\(E_2\) là năng lượng tổng của các nucleon khi liên kết với nhau. \(E_2 = [Zm_p + (A - Z)m_n]c^2\).

\(E_1\) là năng lượng của hạt nhân khi các hạt nucleon không liên kết nhau \(E_1 = m_xc^2\).

Tóm lại:

\(E_{lk} = \Delta mc²\)

Độ hụt khối  \(\Delta m = [Zm_p + (A - Z)m_n] - m_X\) nhân cho \(c^2\)

III. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ PHẢN ỨNG TỔNG HỢP

1. Phản ứng phân hạch:

-Sự phân hạch của uranium

Năm 1939, Otto Hahn (Őt-tô Han) đã làm thí nghiệm dùng neutron nhiệt (động năng nhỏ hơn 0,1 eV) bắn vào \({}_{92}^{235}\text{U}\). Kết quả cho thấy hạt nhân \({}_{92}^{235}\text{U}\) vỡ thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn. Kèm theo quá trình phân hạch này có một số neutron được giải phóng (Hình 22.6). 

Phương trình phản ứng là:

 \({}_0^1\text{n} + {}_{92}^{235}\text{U} → {}_{92}^{236}\text{U} → {}_{39}^{95}\text{Y} + {}_{53}^{138}\text{} + 3{}_0^1\text{n}\)

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

Phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn. 

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.

2. Phản ứng tổng hợp:

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.

Vào năm 1927, Oliphant (Ô-li-phan) đã dùng máy gia tốc để các hạt nhân H tương tác với nhau, kết quả tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân đầu tiên trên thế giới: 

\({}_1^2\text{H}+{}_1^2\text{H} → {}_2^4\text{He} + {}_0^1\text{n}\) 

Phản ứng này toả năng lượng khoảng 4 MeV.

---

Bài tập ôn tập (4 tổng câu hỏi)

*Lưu ý: làm hết câu này rồi đến câu khác. Xin đừng nôn nóng.

---