Bài 22. Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.

Phương trình phản ứng hạt nhân:

$$^A_1X_1 + ^A_2X_2 \rightarrow ^A_3X_3 + ^A_4X_4$$

Đặc điểm:

• Bảo toàn số nuclon (số khối A)
• Bảo toàn điện tích (Z)
• Bảo toàn năng lượng và động lượng

Các loại phản ứng:

• Phản ứng tổng hợp (nhiệt hạch)
• Phản ứng phân hạch
• Phản ứng phóng xạ

Năng lượng liên kết (E_lk): Là năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng biệt.

$$E_{lk} = [Z.m_p + (A-Z).m_n - m_X].c^2$$

Độ hụt khối:

$$\Delta m = [Z.m_p + (A-Z).m_n] - m_X$$

$$E_{lk} = \Delta m.c^2$$

Năng lượng liên kết riêng:

$$\varepsilon = \frac{E_{lk}}{A}$$

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền hơn.

Phản ứng phân hạch: Là phản ứng trong đó hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn khi hấp thụ neutron.

Ví dụ:

$$^{235}_{92}U + ^1_0n \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3^1_0n$$

Đặc điểm:

• Giải phóng năng lượng lớn (khoảng 200 MeV/phản ứng)
• Giải phóng 2-3 neutron
• Có thể tạo phản ứng dây chuyền

Phản ứng nhiệt hạch: Là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn ở nhiệt độ rất cao.

Ví dụ:

$$^2_1H + ^3_1H \rightarrow ^4_2He + ^1_0n + 17,6 \text{ MeV}$$

Đặc điểm:

• Tỏa năng lượng lớn hơn phân hạch tính theo khối lượng
• Cần nhiệt độ rất cao (hàng triệu độ)
• Không gây ô nhiễm phóng xạ

Ứng dụng: Năng lượng Mặt Trời, hydro bom