Nội dung tổng hợp

1.  Hạt nhân nguyên tử:

Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ các Nucleon. Có 2 loại Nucleon là: Proton và Nơtron.

• Proton man điện tích dương kí hiệu +1e; 
• Nơtron trung hòa về điện. 

Proton và Nơtron có khối lượng xấp xỉ nhau và gần bằng 1 amu.

\(1 amu ≈ 1,66054.10^{-27} kg \)

Và 1 amu cũng bằng (\\frac{1}{12}\) khối lượng nguyên tử đồng vị Cacbon \({}_6^{12}C\)

Kí hiệu hạt nhân \({}_Z^{A}X\), trong đó X, A, Z lần lượt là kí hiệu hoá học nguyên tố, số khối và số hiệu nguyên tử.

2. Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Trong phản ứng hạt nhân, số khối và điện tích của hệ được bảo toàn. 

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

Ví dụ về phương trình phản ứng phân hạch:

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

Ví dụ về phương trình tổng hợp hạt nhân:

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

Độ hụt khối (\(\Delta m\) ) của hạt nhân là độ chênh lệch tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng của hạt nhân. 

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

Năng lượng liên kết riêng \(E_{lkr}\) của một hạt nhân có số khối A bằng: 

\(E_{lkr} = \frac{E_{lk}}{A}\) 

Trong khi đó:

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

(\(E_{lk}\) bằng độ hụt khối nhân cho c²)

3. Hiện tượng phóng xạ - phân rã phóng xạ:

Phân rã phóng xạ có tính tự phát và ngẫu nhiên. 

Các loại tia phóng xạ chính: 

• Tia phóng xạ \(\alpha\) là các hạt nhân \({}_2^4\text{He}\) được phóng ra từ hạt nhân bị phân rã, chuyển động với tốc độ khoảng \(2.10^7 m/s\).
• Tia phóng xạ \(\beta^-\) (hoặc \(\beta*\) ) là dòng các hạt \({}_{-1}^0\text{e}\) (hoặc \({}_{+1}^0\text{e}\)) phóng ra từ hạt nhân bị phân rã, chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng.
•  Tia phóng xạ \(\gamma\) là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn cỡ nhỏ hơn \(10^{-11} m\). 

Ví dụ về phương trình phóng xạ:

Phân rã phát ra tia \(\alpha\): \({}_{Z}^{A}\text{X} → {}_{Z-2}^{A-4}\text{Y} + {}_{2}^{4}\text{He} \)

Phân rã phát ra tia \(\beta^-\): 

\({}_{Z}^{A}\text{X} → {}_{Z+1}^{A}\text{} + {}_{-1}^{0}\text{e} + \tilde{\nu} \)

Phân rã phát ra tia \(\beta^+\): 

\({}_{Z}^{A}\text{X} → {}_{Z-1}^{A}\text{} + {}_{1}^{0}\text{e} + \nu \)

Phân rã phát ra tia \(\gamma\): \({}_{Z}^{A}\text{Y*} → {}_{Z}^{A}\text{Y} + \gamma \)

Số hạt chưa phân rã của chất phóng xạ \(N_t\), tại thời điểm t và số hạt ban đầu \(N_0\), của chất phóng xạ được liên hệ với nhau theo công thức: 

\(N_t = N_02^{-\frac{t}{T}} = N_0e^{-λt}\)

 trong đó \(λ = \frac{ln 2}{T}\) được gọi là hằng số phóng xạ, T là chu kì bán rã. 

Độ phóng xạ H đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, có giá trị bằng số hạt nhân phân rã trong một giây. 

Độ phóng xạ H, của một mẫu chất phóng xạ tại thời điểm t được xác định theo công thức: 

\(H_t = λN_t\)

\(H_t = H_02^{-\frac{t}{T}} = H_0e^{-λt}\)

4. Công nghiệp hạt nhân:

• Nhà máy điện hạt nhân: sử dụng năng lượng tỏa ra từ các phản ứng hạt nhân. Cần có lò phản ứng hạt nhân. Hệ thống khai thác năng lượng hạt nhân có thế hoạt động trong thời gian dài mà không cần bổ sung nhiên liệu. Việc xử lí chất thải hạt nhân đòi hỏi công nghệ phức tạp với chi phí cao.
• Trong chuẩn đoán bệnh, người ta đưa các đồng vị phóng xạ vào cơ thể thông qua dược chất phóng xạ. Thông qua thiết bị phát hiện tia phóng xạ và sử dụng máy vi tính, người ta có thể theo dõi sự dịch chuyển của các dược chất phóng xạ bên trong cơ thể (phương pháp theo dõi vết phóng xạ).
• Trong điều trị bệnh ung thư, bệnh nhân được uống hoặc tiêm dược chất phóng xạ với thành phần chứa đồng vị phóng xạ.
• Tia phóng xạ còn được ứng dụng trong nghiên cứu biến đổi gen giúp cây trồng tăng năng suất và kháng sâu bệnh.
• Tia phóng xạ có khả năng diệt khuẩn nên còn được dùng trong bảo quản thực phẩm.