NĂNG LƯỢNG liên kết CỦA HẠT NHÂN

I. Lực hạt nhân

1. Định nghĩa:

Lực hạt nhân là lực hút rất mạnh giữa các nuclôn tạo nên hạt nhân bền vững.

Lực hạt nhân còn gọi là lực tương tác mạnh.

2. Đặc điểm của lực hạt nhân

Lực hạt nhân không có cùng thực chất với lực thu hút và lực tĩnh điện.

Xét trường hợp hai prôtôn: Độ to của lực hạt nhân rất to so với độ lớn của lực hấp dẫn và lực tĩnh điện nếu 2 prôtôn cách nhau một khoảng nhỏ hơn 10 - 15 m.

Lực hạt nhân luôn luôn là lực hút. Lực lôi cuốn cũng luôn là lực hút. Lực tĩnh điện có thể là lực hút, có thể là lực đẩy.

Lực hạt nhân chỉ có công dụng khi khoảng cách giữa 2 nuclôn bé hơn đường kính hạt nhân (r < 10 - 15 m)

Độ to của lực hạt nhân giảm nhanh khi khoảng cách giữa hai nuclôn to hơn 10 - 15 m.

Độ to của lực thú vị và lực tĩnh điện giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.

II. Năng lượng kết hợp của hạt nhân

1. Độ hụt khối của hạt nhân

Khối lươngj nghỉ của một hạt nhân luôn bé hơn tổng khối lượng nghỉ của các nuclôn phân thành hạt nhân đó. Độ chênh lệch khối lượng này được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

2. Công thức tính độ hụt khối của hạt nhân

Xét hạt nhân \fn_phv _Z^A\textrmX

Gọi

m là khối lượng nghỉ của hạt nhân X (tính theo đơn vị u)

mp là khối lượng nghỉ của prôtôn (mp = 1,00728u)

mn là khối lượng nghỉ của nơtrôn (mn = 1,00866u)

N = A - Z là số nơtrôn của hạt nhân X đang xét.

Độ hụt khối của hạt nhân là

\fn_phv \Delta m = Z.m_p+N.m_n - m

Trong đó

\fn_phv m_o = Z.m_p+N.m_n là tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân

Chú ý:

Trong công thức \fn_phv m_o = Z.m_p+N.m_n thì mo không có nghĩa là khối lượng nghỉ của hạt nào cả nhưng mà là một tổng được định nghĩa như công thức.

Độ hụt khối \fn_phv \Delta m luôn luôn to hơn hoặc bằng 0 ( \fn_phv \Delta m \geq 0 )

Các hạt sơ cấp riêng rẽ như prôtôn, nơtrôn, electrôn có độ hụt khối bằng 0.

3. Năng lượng đoàn kết của hạt nhân

Theo Anh-x-tanh: Mỗi khi khối lượng nghỉ của một vật giảm đi thì có một năng lượng tỏa ra.

Năng lượng tỏa ra tương ứng với độ hụt khối của hạt nhân gọi là năng lượng đoàn kết của hạt nhân.

Sở dĩ ta gọi năng lượng này là năng lượng kết hợp là bởi muốn phá vỡ một hạt nhân X ta phải cung cấp một năng lượng đúng bằng năng lượng nhưng mà hệ các hạt đã tỏa ra khi hạt nhân được phân thành.

Công thức công dụng lượng kết hợp của hạt nhân \fn_phv _Z^A\textrmX là

\fn_phv W_lk=\Delta m .c^2

Thay \fn_phv \Delta m = Z.m_p+N.m_n - m vào công thức này, ta được:

\fn_phv W_lk= \left ( Z.m_p +N.m_n-m\right )c^2

Chú ý:

Năng lượng đoàn kết của một hạt nhân luôn to hơn hoặc bằng 0 (\fn_phv W_lk \geq 0 )

Các hạt sơ cấp riêng rẽ như prôtôn, nơtrôn, electrôn có năng lượng đoàn kết bằng 0.

4. Năng lượng đoàn kết riêng của hạt nhân

a) Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là năng lượng kết hợp tính cho một nuclôn.

b) Công thức

\fn_phv W_lkR =\fracW_lkA

c) Đơn vị:

Năng lượng kết hợp riêng có đơn vị là MeV/nuclôn. Trong một vài trường hợp, cho giản tiện, người ta có thể ghi đơn vị của năng lượng kết hợp riêng là MeV.

d) Ý nghĩa về độ to của năng lượng đoàn kết riêng

Ngoại trừ các hạt sơ cấp riêng rẽ (như prô tôn, nơ trôn, êlectrôn) hạt nhân nào có năng lượng đoàn kết riêng càng to thì càng bền.

Những hạt nhân ở giữa bảng tuần hoàn nói chung có năng lượng kết hợp riêng to hơn so với năng lượng đoàn kết riêng của các hạt nhân ở đầu và cuối bảng tuần hoàn nên bền hơn.

Những hạt nhân có số khối A từ 50 đến 95 có năng lượng kết hợp riêng lớn nhất (khoảng 8,8 MeV/nuclôn) là những hạt nhân bền vững nhất.