Phương trình phản ứng hạt nhân

Khi một hạt nhân biến đổi thành hạt nhân khác

Trong thí nghiệm của Rutherford và Blackett, hạt $α$ bắn vào nitrogen đã tạo ra oxygen và hydrogen. Đây không phải là sự sắp xếp lại các nguyên tử như trong phản ứng hóa học, mà là sự biến đổi ở chính hạt nhân. Để viết đúng phương trình, cần theo dõi số nucleon và điện tích ở hai vế.

Hai đại lượng được bảo toàn khi viết phương trình

Phản ứng hạt nhân là quá trình một hay nhiều hạt nhân biến đổi thành hạt nhân khác. Phản ứng có thể xảy ra khi hạt nhân tương tác với hạt khác hoặc xảy ra tự phát ở một hạt nhân không bền. Trong phạm vi bài học, phương trình phản ứng phải thỏa mãn hai điều kiện: - Tổng số khối $A$ ở hai vế bằng nhau, vì tổng số nucleon được bảo toàn. - Tổng đại số các số $Z$ ở hai vế bằng nhau, vì điện tích được bảo toàn. Đây không phải cách cân bằng phản ứng hóa học. Sau phản ứng hạt nhân, nguyên tố có thể thay đổi vì số proton của hạt nhân đã đổi.

Những hạt thường gặp trong phương trình

| Hạt | Kí hiệu | Cặp số $(A,Z)$ | |---|---|---| | Proton | $^1_1p$ | $(1,1)$ | | Neutron | $^1_0n$ | $(1,0)$ | | Hạt alpha | $^4_2\mathrm{He}$ | $(4,2)$ | | Electron beta trừ | $^0_{-1}e$ | $(0,-1)$ | | Positron beta cộng | $^0_{+1}e$ | $(0,+1)$ | Khi tìm hạt chưa biết, nên lập riêng một phương trình cho $A$ và một phương trình cho $Z$. Phân rã beta còn có neutrino hoặc phản neutrino; các hạt này có điện tích bằng 0 và số khối bằng 0 nên không làm thay đổi hai phép cân bằng trên. Năng lượng và động lượng của toàn hệ vẫn được bảo toàn, còn tổng khối lượng nghỉ có thể thay đổi.

Ví dụ: tìm hạt nhân con trong phân rã alpha

Xét phản ứng $$^{210}_{84}\mathrm{Po}\rightarrow {}^{A}_{Z}X+{}^4_2\mathrm{He}.$$ Bảo toàn số khối cho $210=A+4$, nên $A=206$. Bảo toàn điện tích cho $84=Z+2$, nên $Z=82$. Tra bảng tuần hoàn, số hiệu nguyên tử 82 là nguyên tố chì; vì vậy hạt nhân con là $^{206}_{82}\mathrm{Pb}$. Cách làm an toàn là tìm $A$, tìm $Z$, rồi mới xác định kí hiệu nguyên tố.

Áp dụng

Một hạt nhân phát beta trừ. Số khối A và số proton Z của hạt nhân con so với mẹ là

AA giảm 4, Z giảm 2BA giữ nguyên, Z tăng 1CA giữ nguyên, Z giảm 1DA tăng 1, Z giữ nguyên

Áp dụng

Trong phản ứng $^{14}_{7}\mathrm N+{}^{4}_{2}\mathrm{He}\to{}^{17}_{8}\mathrm O+X$, hạt $X$ là

Ahạt $\alpha$ $^{4}_{2}\mathrm{He}$.Belectron $^{0}_{-1}e$.Cproton $^{1}_{1}p$.Dneutron $^{1}_{0}n$.

Những điều cần nhớ

Khi hoàn thành phương trình phản ứng hạt nhân, bảo toàn riêng tổng số khối $A$ và tổng đại số số $Z$. Sau khi tìm được hai số này mới xác định hạt hoặc nguyên tố chưa biết.