Tính chất và cấu tạo hạt nhân

1. Cấu tạo hạt nhân

- Theo mô hình nguyên tử Rơ-dơ-pho: hạt nhân tích điện dương bằng +\(Ze\) (\(Z\) là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn), kích thước của hạt nhân rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước của nguyên tử \(10^4\div10^5\) lần

1.1 Cấu tạo hạt nhân

- Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt prôtôn và nơtron, hai loại này có tên chung là nuclôn

- Số prôtôn trong hạt nhân bằng Z, với Z là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn: Z gọi là nguyên tử số

- Tổng số nuclôn trong một hạt nhân được ký hiệu là A, A được gọi là số khối. Kết quả, số nơtron trong hạt nhân là A-Z.

1.2 Ký hiệu hạt nhân

Người ta dùng ký hiệu hóa học X của nguyên tố để đặt tên cho hạt nhân, kèm theo hai số Z và A như sau: \(_Z^AX\)

1.3 Đồng vị

Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác số A, nghĩa là cùng số prôtôn và khác số nơtron

Ví dụ Hiđrô có ba đồng vị  \(_1^1H\), \(_1^2H\), \(_1^3H\)

2. Khối lượng hạt nhân

2.1 Đơn vị khối lượng hạt nhân

- Các hạt nhân có khối lượng rất lớn so với khối lượng của các electron, vì vậy khối lượng nguyên tử tập trung gần như toàn bộ ở hạt nhân.

- Để tiện tính toán các khối lượng hạt nhân, người ta đã định nghĩa một đơn vị đo khối lượng mới đo khối lượng vào cỡ khối lượng các hạt nhân. Đơn vị này gọi là đơn vị khối lượng nguyên tử, ký hiệu là u

- Đơn vị u có giá trị bằng \(\frac{1}{12}\) khối lượng nguyên tử của đồng vị  \(_6^{12}C\), cụ thể là

    \(1u= 1,66055.10^{-27} kg\)

Ví dụ, khối lượng tính ra u

2.2 Khối lượng và năng lượng 

- Trong thuyết tương đối, người ta chứng mình rằng một vật có khối lượng thì cũng co năng lượng tương ứng và ngược lại

- Năng lượng E và khối lượng m tương ứng của cùng một vật luôn tồn tại đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là \(c^2\)

 ( C là tốc độ ánh sáng trong chân không)

 

Ta có hệ thức Anh-xtanh sau:     \(E=mc^2\)

 - Công thức trên cũng có thể áp dụng để tính toán khối lượng và năng lượng tương ứng của các hạt nhân

- Năng lượng (tính ra đơn vị eV) tương ứng với khối lượng 1 u được xác định:

\(E=uc^2 \approx931.5 MeV\)  từ đó suy ra \(u\approx931.5 MeV/c^2\).

 

Từ đó ta thấy \(MeV/c^2\) cũng là một đơn vị đo khối lượng hạt nhân

- Theo thuyết tương đối, một vật có khối lượng \(m_{o}\) ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ \(v\) thì khối lượng sẽ tăng lên thành \(m\) với

 

     \(m=\frac{m_{o}}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}\)

 

 trong đó \(m_{o}\) là khối lượng nghỉ, \(m\) là khối lượng động. Giá trị khối lượng của các hạt cho trong bài nói chung đều là khối lượng nghỉ

- Năng lượng toàn phần của vật chuyển động với tốc độ \(v\) là:

 

\(E=mc^2=\frac{m_{o}c^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}\)   

 

năng lượng \(E_{o}=m_{o}c^2\) được gọi là năng lượng nghỉ

 

hiệu\(E-E_{o}=(m-m_{o})c^2\) chính là động năng của vật