Bài giảng Vật lý đại cương A2 - Chương 8: Vật lý hạt nhân

 CHƯƠNG VIII
VẬT LÝ HẠT NHÂN
I.Các tính chất cơ bản của hạt nhân
1.Cấu trúc hạt nhân:Hạt nhân được cấu tạo 
 bởi các proton và nơtron, cả hai được gọi 
 chung là nuclôn. Ký hiệu hạt nhân:
 A
 Z X
 X là tên nguyên tố tương ứng
 Z là số proton, A = Z + N : số khối, 
 N = A – Z là số nơtron
a) Các hạt nhân đồng vị là các hạt có cùng Z.
b) Các hạt nhân đồng khối là các hạt có cùng số 
 khối A .
c) Các hạt nhân đồng nơtron là các hạt có cùng số 
 nơtron.
 d) Các hạt nhân gương là các hạt nhân mà số 
 proton của hạt này bằng số nơtron của hạt kia.
 Các hạt nhân khối lượng nhỏ có xu hướng có số 
 proton và nơtron gần như nhau và các hạt nhân 
 khối lượng lớn có số nơtron lớn hơn số proton
2. Kích thước hạt nhân:
 Thực nghiệm chứng tỏ rằng đa số hạt nhân đều 
 có dạng gần đúng gần hình cầu. Một số phương 
 pháp thực nghiệm đã được dùng để xác định kích 
 thước của các hạt nhân và chúng cho gần như 
 cùng một kết quả. Một biểu thức gần đúng cho 
 bán kính R của hạt nhân là:
 1/3
 RRA o
 -15
 Ro = (1,2 – 1,5).10 m = (1,2- 1,5)fm
Thể tích gần đúng của hạt nhân:
 43 4 3 
 VRRA o 
 3 3 
Mật độ khối lượng của hạt nhân:
 M m A
 hn p
 4
 V (1,2)3 .10 45 .A
 3
 1,67.10 27
 1017kg / m 3
 4
 (1,2)3 .10 45
 3
3.Spin của hạt nhân
Tương tự electron, nuclôn cũng có momen quỹ đạo
và momen spin, nuclôn có spin bằng 1/2. Do đó
momen động lượng của nuclôn  thứ i là: 
 ji l i s i
Momen động lượng toàn phần của hạt nhân là: 
   
 J  ji , J J ( J 1) 
 i
J gọi là số lượng tử momen toàn phần, nếu A lẽ thì
J là một số bán nguyên 1/2, 3/2, 5/2,nếu A chẵn
thì J là một số nguyên.
4.Momen từ hạt nhân
 Nuclôn có momen spin, nên cũng có momen 
 từ spin. Momen từ của hạt nhân bằng tổng 
 momen từ spin của mọi nuclôn và tổng 
 momen từ của mọi proton. Đơn vị của 
 momen từ hạt nhân là manhêtôn hạt nhân 
 và có trị số bằng:
 e 27
 N 5,050.10JT /
 2mp
Momen từ hạt nhân nhỏ hơn momen 
từ quỹ đạo của electron khoảng 103 lần, 
nên độ tách mức gây bởi momen từ hạt 
nhân nhỏ hơn khoảng 103 lần so với độ 
tách mức gây bởi tương tác spin – quỹ 
đạo ,điều này giải thích cấu trúc siêu 
tinh tế của phổ.
5)Lực hạt nhân: 
 Sự tồn tại của các hạt nhân bền vững chứng tỏ 
 cho sự tồn tại của các lực tương tác của các 
 nuclon liên kết chúng trong hạt nhân. Các tương 
 tác này không thể quy về bất cứ loại tương tác 
 nào đã được biết trước đó (tương tác hấp dẫn, 
 điện từ). 
 Người ta phân lực hạt nhân thành hai loại: lực 
 hạt nhân yếu liên quan đến sự phân rã bê ta
 , lực hạt nhân (hay tương tác mạnh) ta sẽ xét dưới 
 đây.
Một số đặc tính của lực hạt nhân:
 a) Lực hạt nhân có tầm tác dụng ngắn: trong 
 phạm vi 10-15m lực rất mạnh. Ngoài khoảng đó 
 nó giảm nhanh xuống không.
 b)Lực hạt nhân không phụ thuộc điện tích.
 c)Lực hạt nhân phụ thuộc spin của các nuclôn.
 d) Lực hạt nhân không phải là lực xuyên tâm
 e) Lực hạt nhân có tính chất bão hòa
 f) Lực hạt nhân là lực trao đổi: Theo Yukawa các 
 nucleon tương tác với nhau bằng cách trao đổi 
 một loại hạt gọi là mêzon π. 
6.Khối lượng và năng lượng liên kết hạt nhân.
 a) Khối lượng hạt nhân:
 Để đo khối lượng các hạt trong VLHN, người ta 
 dùng đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu u). 
 Theo định nghĩa 1u bằng 1/12 khối lượng nguyên 
 tử đồng vị cacbon C12. 
 1u = 1,6605402.10-27 kg
 Theo hệ thức Einstein E = mc2 thì năng lượng 
 tương ứng với khối lượng 1u là:
 E = 1uc2 = 931,5 MeV
 Hay 1u = 931,5 Mev/c2
b) Độ hụt khối và năng lượng liên kết:
 Khối lượng Mhn của hạt nhân bao giờ cũng giờ 
 cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo 
 thành hạt nhân đó một lượng gọi là độ hụt khối :
 M Zmp () A Z m n M hn
 Năng lượng tương ứng với độ hụt khối đó gọi là 
 năng lượng liên kết Elk. Theo hệ thức Einstein:
 2 2
 Elk M.. c Zm p Nm n M hn c
Vì trong các bảng thường ghi khối lượng nguyên 
tử nên chúng ta sẽ thay Mhn bằng M – Zme với M
là khối lượng nguyên tử của hạt nhân có Z 
proton và N nơtron, còn me là khối lượng 
electron, mà mp = MH – me với MH là khối lượng 
nguyên tử của 1
 1 H
 2 2
Elk M.. c Zm p Nm n M hn c
 2
 Z()(. MH m e Nm n M Zm e  c
 2
 ZMH Nm n M. c
c) Năng lượng liên kết riêng:
 Là năng lượng liên kết ứng với một 
 nuclôn
 E
  lk
 A
 Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì 
 hạt nhân càng bền vững.
 Mev
 8
 7
 6
 5
 4
 3
 2
 1
 0 40 120 140 240 A
Sự phụ thuộc của năng lượng liên kết riêng theo A
 Đồ thị cho thấy:
 a) Năng lượng liên kết riêng tăng nhanh đối với 
 1 3
 các hạt nhân nhẹ từ 1,1 MeV ( 1 H ) 2,8 MeV ( 1 H ) và 
 4
 đạt giá trị 7MeV (2 He )
b) Đối với hạt nhân nặng có A từ 140 đến 240, năng 
 lượng liên kết riêng giảm dần nhưng rất chậm.
c) Đối với hạt nhân trung bình có A từ 40 đến 140, 
 NLLKR có giá trị lớn nhất nằm trong khoảng từ 
 8 8,6MeV. Điều đó giải thích tại sao hạt nhân 
 trung bình lại bền vững nhất.
II. Hiện tượng phóng xạ:
1. Là hiện tượng một hạt nhân tự động phát ra các 
 hạt gọi là tia phóng xạ và biế ... ên:
 NNU Pb
 e t 206
 1 e t 2,38
 208,38
 et 
 206
 208,38
 t Ln t 7,5.107 nam
 206
Câu 10: Phân tích một mẫu đá lấy từ mặt 
trăng , cho biết tỉ số giữa số nguyên tử Ar40 
( bền ) có mặt và số nguyên tử K40 (phóng 
xạ) là 10,3. Giả sử rằng tất cả số nguyên tử 
Argon này đều tạo thành do sự phân rã các 
nguyên tử kali. Chu kỳ bán rã của kali là 
1,25.109 năm. Tính tuổi của mẫu đá đó.
Số nguyên tử kali còn lại:
 t
 NK N0 e
Số nguyên tử kali phân rã bằng số nguyên tử Ar 
tạo thành nên:
 t
 NK N0 (1 e ) N Ar
 t
N Ar 1 e
 10,3 t 10,3
NK e
 1 0,693
 e t t 2,42
 11,3 T
 2,42.1,25.109
 t 4,37.109 years
 0,693
Câu 27: Cho hạt nhân A sẽ có khối 
lượng A.u. Hạt nhân Radi phóng xạ α, 
hạt α bay ra có động năng 4,78MeV. 
Tính năng lượng toàn phần toả ra từ 
phản ứng
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng và 
năng lượng trong hệ qui chiếu hạt nhân mẹ 
đứng yên
 m 
 0 m v mYYY v v v 
 mY
 1
 Q K K K m v2
 YYY 2
 2
 1 m 
 K mY v 
 2 mY 
 m 4 
 K 1 4,78 1 
 mY 226 4 
 4,87MeV
Câu 29: Dùng máy đếm xung để tìm chu kỳ 
bán rã của một chất phóng xạ. Ban đầu, 
trong khoảng thời gian Δt, máy đếm thấy 
6400 phân rã. 6 giờ sau, trong khoảng Δt, 
người ta đếm lại chỉ còn 100 phân rã. Tìm 
chu kỳ bán rã T.
Số hạt nhân phân rã trong thời gian Δt lúc ban 
đầu: t
 T
 NN1 0 1 2 
Số hạt nhân còn lại sau thời gian t = 6 giờ:
 t
 T
 NN 0 2
Số hạt nhân phân rã trong thời gian Δt sau thời 
gian t
 t t t
 TTT
 NNN2 1 2 0 2 1 2 
 N t 6400
 1 2T 26
 N2 100
 t
 6 T 1 h
 T
Câu 5: Một mẫu KCl nặng 2,71g được tìm 
thấy, đây là chất phóng xạ có độ phóng xạ 
4490Bq. Phóng xạ này được dùng để đánh 
dấu nguyên tố kali, đặc biệt 40 K, đồng vị 
chiếm 1,17% trong kali thông thường. Tìm 
chu kỳ bán rã T của đồng vị phóng xạ này.
Số hạt nhân K có trong 2,71g KCl:
 2,71
 NN 
 40 35 A
Số hạt nhân 40 K có trong 2,71g KCl:
 1,17 2,71
 NN' 
 100 40 35 A
 0,693 1,17 2,71
HNN  ' 
 T 100 75 A
 0,693 1,17 2,71
 T .6,023.1023 ( s )
 H 100 75
 0,693.1,17.2,71.6,023.1023
 4490.100.75.365.86.400
 1,25.109 years
Câu 16: Dùng proton bắn hạt nhân Beri. Ta 
được phương trình phản ứng hạt nhân sau 
đây:
 1 4 4 6
 1p 9 Be 2 He 3 Li
proton có động năng Kp = 5,45 MeV. Hạt α
bay ra theo phương vuông góc với proton 
và có động năng Kα = 4 MeV. Nếu tính theo 
đơn vị khối lượng nguyên tử u thì khối 
lượng một hạt nhân xấp xỉ bằng số khối của 
nó. Tính động năng KLi
Ta có: 1 p2
 p mv; K mv2 p 2 2 mK
 2 2m
Áp dung định luật bảo toàn động lượng
    
 2 2 2
 PPPPPPp Li Li p 
 2mLi K Li 2 m p K p 2 m K 
 mp K p m K 
 KLi 
 mLi
 5,45 4.4
 3,575MeV
 6
 200
2) Tìm chu kỳ bán rã của 79 Au biết độ 
 phóng xạ của 3.10-9 kg chất đó là 58,9 
 Ci
2) Số hạt nhân trong khối lượng m(g) Au là:
 mN 3.10 9 .6,023.10 26
N A 9,04.1015
 M Au 200
 0,693
HNN  
 T
 0,693N 0,693.9,04.1015
 T 2,88.103 s
 H 58,9.3,7.1010
3) Tìm khối lượng của một 
 14
 mẫu 6 C ( T = 5570 năm) 
 biết độ phóng xạ của mẫu là 
 5 Ci.
3) 
 0,693 m
 HNN  A
 TM C
 HTM
 m C
 0,693N A
 5.3,7.1010 5570.365.86400.210
 1,09 g
 0,693.6,023.1023
Nguyên tố a ( TA = 2,1 giờ ) phân rã thành 
nguyên tố b ( Tb = 4,6 giờ ), nguyên tố b lại 
phân rã thành nguyên tố c. Nếu lượng 
nguyên tố b lúc đầu bằng không. Tìm tỉ số 
Nb / Na0
Khi một hạt nhân a phân rã thì một hạt nhân b 
tạo thành. Do đó tốc độ tạo thành hạt nhân b là:
 dNa
 aN ao
Từ đó: dt
 dN
 b NN 
 dt a ao b b
 dN
 b NN 
 dt b b a ao
Nghiệm tổng quát của phương trình này là:
 btaN ao  a t
 Nb Ce e
 b  a
C là hằng số phụ thuộc điều kiện ban đầu
 aN ao
Nb 0 khit 0 C 
 b  a
 aN ao at  b t
 Nb () e e
 b  a
 N 
 b a (e at e  b t ) 0,41
 Nao b  a
III. Phản ứng hạt nhân:
Hiện tượng phóng xạ là một quá trình biến đổi 
hạt nhân, xảy ra một cách tự phát không có kích 
thích từ bên ngoài. Phản ứng hạt nhân là quá 
trình biến đổi hạt nhân xảy ra do tác động từ bên 
ngoài.
Phản ứng hạt nhân tổng quát:
 a X Y b
a là hạt nhân bắn phá, X là hạt nhân đích, Y, b là 
các hạt sau phản ứng 
2.Các ĐLBT trong phản ứng hạt nhân
 Các phản ứng hạt nhân đều tuân theo các định 
 luật bảo toàn:
 a)Bảo toàn năng lượng toàn phần
 b)Bảo toàn động lượng.
 c)Bảo toàn momen động lượng 
 d)Bảo toàn điện tích
 e) Bảo toàn số khối
 Trong quá trình sinh huỷ hạt, các tương tác hạt 
 nhân còn tuân theo nhiều định luật bảo toàn khác 
 nữa.
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân:
Xét PƯHN: a X Y b
Năng lượng Q của phản ứng được định 
 2
nghĩa: Q ()() ma m X m b m Y  c
Theo ĐLBTNL thì
 2 2 2 2
Ka mc a mc X K b mc b K Y mc Y
 2
 Q ()() ma m X m b m Y  c
 KKKY b a
Q > 0 : PƯ toả nhiệt
Q < 0 : PƯ thu nhiệt
Nếu phản ứng thu nhiệt (Q < 0), ta phải cung cấp 
năng lượng cho hệ từ bên ngoài bằng cách truyền 
động năng cho các hạt tương tác. Năng lượng nhỏ 
nhất cần thiết để gây ra phản ứng thu nhiệt gọi là 
năng lượng ngưỡng của phản ứng và được tính 
theo công thức:
 ma 
 KQng. tn 1 
 M X 
Đối với phản ứng toả nhiệt thì năng lượng 
ngưỡng bằng không, nghĩa là phản ứng hạt nhân 
có thể xảy ra dưới tác dụng của hạt tới có năng 
lượng nhỏ bao nhiêu cũng được.
 Chứng minh :
 Xét PƯHN a + X b + Y trong hai HQC PTN 
và HQCKT. Trong HQCPTN hạt nhân bia X 
đứng yên, còn trong HQCKT động lượng của hệ 
trước va chạm bằng động lượng của hệ sau va 
chạm và bằng không. Theo công thức tổng hợp 
vận tốc:
 v = Vkt + v’
v là vận tốc hạt đối với HQCPTN
v’ là vận tốc hạt đối với HQCKT
vkt là vận tốc khối tâm đối với HQCPTN
Áp dụng công thức trên cho hai hạt nhân a và X, 
ta có: ''
 va V kt v a v X V kt v X
 '
 vX 0 v X V kt
Trong HQCKT động lượng của hệ bằng 0, nên:
 ,,
 ma v a M X v X 0 m a ( v a V kt ) M X m kt 0
 ()MX m a V kt m a v a
 ,,ma v a M X v a
 vX v a 
 MX m a M X m a
Động năng hai hạt trong HQCKT trước va chạm:
 1 1
 K m v,2 M v ,2
 ikt2 a a 2 X X
 1 2 MX() M X m a M X
 ma v a 2 K itn
 2 (MX m a ) ( M X m a )
 1 2
 K m v là ĐN của hệ trước va chạm 
 itn2 a a
 trong HQCPTN
Vì năng lượng phản ứng Q chỉ phụ thuộc vào 
khối lượng nghỉ của các hạt tham gia phản ứng, 
nên Q như nhau trong hai hệ qui chiếu. Ta có:
 Q = Kftn - Kitn = Kfkt - Kikt 
Kftn là ĐN của hệ sau va chạm trong HQCPTN
Kfkt là ĐN của hệ sau va chạm trong HQCKT
Kikt là ĐN của hệ trước va chạm trong HQCKT
Năng lượng ngưỡng Kng.kt trong HQCKT là động 
năng ban đầu cần thiết để sinh ra các hạt sau 
phản ứng ở trạng thái nghĩ, nghĩa là động năng 
Kfkt = 0 nên ta có: Kng.kt = Kikt = -Q
Vậy năng lượng ngưỡng trong HQCPTN là:
 MX m a m a 
 KQQng. tn 1 
 MMXX 
Ví dụ:
 Bắn hạt nhân đêtơri có động năng Kd = 4MeV 
 6
 vào hạt nhân 3 Li thì ta thu được hai hạt .
a) Tính tổng động năng của hai hạt ấy.
b) Giả sử hai hạt có cùng tốc độ, tính tốc độ này và
 góc giữa hai vận tốc.
 Biết các khối lượng hạt nhân
 mLi 6,01348 u ; m D 2,01355 u ;
 m 4,00150 u
Phương trình phản ứng
 2 6 4
 1H 3 Li 2 2 He
a) Phản ứng này tỏa năng lượng:
 2
 Q ( mD m Li 2 m ) c 22,4 MeV
 2 2 2
 mD c K D m Li c 2 m c 2 K 
 2
 Q ( mD m Li 2 m ) c 2 K K D
 2K Q KD 26,4 MeV
b) Động năng của mỗi hạt là: K 13,2 MeV
 1 2 2K 
 K m v v 
 2 m 
 2.13,2MeV 2.13,2. c2
 4,0015u 4,0015.931.5
 25000km / s
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
     
 p 
 pD p p 
 / 2  
 pD
 p 2m K
 cos D DD 0,195
 2 2 p 2 2m K 
 cos 790 158 0
 2
2. Xác định năng lượng cực tiểu của lượng tử 
cần thiết để tách hạt nhân bêri theo phản ứng
 9 4 1
 4Be h 2 2 He 0 n
 Cho khối lượng nguyên tử
 mBe 9,01218 u ; m n 1,00867 u
 m 4,00260 u
2. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:
 2 2 2
 mBe c E 2 m c m n c K K n
 2
 Emin (2 m mn m Be ) c
 1,67 MeV
 Câu 25: Cho phản ứng hạt nhân:
 27 30 1
 13Al 15 P 0 n
mAl 26,974 u , m P 29,970 u , m 4,0015 u
 Tìm năng lượng tối thiểu của hạt α để phản ứng 
 xảy ra
 Năng lượng phản ứng:
 2
Q ()() mAl m m P m n  c
 (26,974 4,0015 29,970 1,0087).931,5
 0,2,98MeV
 Năng lượng tối thiểu của hạt α:
 m 
 KQng (1 )
 mAl
 4,0015
 (1 ).2,98 3,42 MeV
 26,974
 Tìm năng lượng ngưỡng của phản ứng hạt 
nhân
 14 4 17 1
 7N 2 He 8 O 1 p
 Cho khối lượng nguyên tử
 mN 14,00307 u ; m p 1,00728 u ;
 m 4,00260 u ; mO 16,9991
3. Năng lượng phản ứng
 2
 Q ()() mN m m O m p c
 (14,00307 4,00260 16,9991 1,00728).931,5
 0,66 MeV
 Năng lượng ngưỡng:
 m 
 KQng (1 )
 mN
 4,00260
 (1 ).0,66 0,85MeV
 14,00307
IV. Sự phân hạch và phản ứng dây chuyền:
Một hạt nhân rất nặng như urani, plutoni, khi hấp 
thụ một nơtron sẽ vỡ thành hai hạt nhân có số 
khối trung bình gọi là sự phân hạch.
Khi hạt nhân vỡ thì khối lượng tổng cộng các 
mảnh vỡ ra bao giờ cũng nhỏ hơn khối lượng hạt 
nhân nặng ban đầu. Năng lượng toả ra tương 
ứng với độ hụt khối đó gọi là năng lượng vỡ hạt 
nhân hay năng lượng phân hạch.
Rất ít khi xảy ra phản ứng trong đó hai hạt nhân 
vỡ ra có khối lượng bằng nhau.
 10
 1
 Hiệu 
10-1 suất 
 %
 10-2
10-3
 60 80 100 120 140 160 180
 Xác suất phân bố các mảnh phân hạch theo số nuclon A
Ví dụ khi bắn nơtron chậm vào hạt nhân 235 U 
thì nó sẽ vở thành hai mảnh M, N và giải phóng 
hai ba nơtron
 235 1 139 95 1
 92U 0 n 54 Xe 38 Sr 2 0 n
Trong mọi phản ứng phân hạch, đều có năng 
lượng tỏa ra dưới dạng nhiệt gọi là năng lượng 
 235
phân hạch. Trong phản ứng phân hạch 92 U ,năng 
lượng phân hạch khoảng 200MeV.
Điều kiện để một hạt nhân nặng có thể phân 
 Z 2 2
hạch: 17 , ZA / gọi là thông số phân 
hạch A
2.Phản ứng dây chuyền:
 Đặc điểm của mỗi phân hạch là kèm theo 
 một vài notron. Các notron này lại có thể 
 gây ra các phân hạch khác và cứ thế tiếp 
 tục, số notron được giải phóng và năng 
 lượng tỏa ra tăng nhanh gấp bội. Một quá 
 trình như vậy gọi là phản ứng dây chuyền
Hệ số nhân nơtron k: là một đại lượng phụ 
thuộc tỉ số giữa nơtron sinh ra và nơtron 
mất mát.
k < 1 : Phản ứng dây chuyền không xảy ra
k = 1 : Phản ứng dây chuyền xảy ra với mật 
độ nơtron không đổi .Đó là phản ứng dây 
chuyền điều khiển được trong lò phản ứng.
k > 1 : số nơtron tăng liên tục và phản ứng 
dây chuyền không điều khiển được sẽ dẫn 
đến vụ nỗ hạt nhân.
V.Phản ứng nhiệt hạch hay tổng hợp hạt nhân:
 Là PƯ trong đó hai hạt nhân nhẹ kết hợp với 
 nhau để tạo ra hạt nặng hơn và (thường) kèm theo 
 một số hạt.
 Ví dụ: 3 2 4 1
 1H 1 H 2 He 0 n 17,5 MeV
 Ta nhận thấy tuy năng lượng tỏa ra trong mỗi PƯ 
 nhiệt hạch nhỏ so với năng lượng trong mỗi PƯ 
 phân hạch, nhưng năng lượng tỏa ra trên đơn vị 
 khối lượng thì lại lớn hơn rất nhiều vì khối lượng 
 các hạt nhân tham gia PƯ nhỏ hơn rất nhiều.
 Điều kiện thực hiện PU7NH là phải tạo ra nhiệt 
 độ cao (~108 K)
VI.Các hạt cơ bản:
 Là những hạt mà trong những hiện tượng 
 đã biết, các hạt ấy sinh, hủy, biến đổi như 
 một thể đơn nhất (một hạt nguyên vẹn).
 Mỗi hạt cơ bản đều có một phản hạt tương 
 ứng. Phản hạt có cùng khối lượng, thời gian 
 sống, spin, nhưng có điện tích, momen từ 
 ngược dấu với hạt.
• Các hạt có spin bán nguyên (1/2, 3/2,) gọi 
 là fermion. Electron, proton, nơtron có 
 s =1/2 nên là fermion. 
• Các hạt có spin nguyên (0, 1, 2,) gọi là 
 boson. Các photon có s =1 nên là boson. 
 Các fermion tuân theo nguyên lý loại trừ 
 Pauli, các boson không tuân theo nguyên lý 
 này.
1.Phân loại các hạt cơ bản:
a)Photon
b)Lepton: là nhóm gồm các hạt như electron ( e ) , 
 muyôn (  ), tau (  )và các hạt nơtrinô gắn với 
 các hạt trên (  e ,,     ).
 Mỗi lepton được gắn với một số lepton
 L = +1
 Mỗi phản lepton được gắn với một số lepton L = 
 -1.
 Trong các phản ứng hạt nhân, số lepton L được 
 bảo toàn.
c)Hadron: là nhóm các hạt tham gia vào 
 tương tác thông qua lực hạt nhân mạnh. 
 Các hadron cũng chịu tác dụng của lực hạt 
 nhân yếu, nhưng lực hạt nhân mạnh có độ 
 lớn vượt trội nên chiếm ưu thế trong tương 
 tác của các hadron. 
 Các hadron được phân thành hai nhóm: các 
 mêzôn và các barion.
- Các mêzôn có khối lượng trong khoảng 200 –> 
 900 KL của electron và đều không bền, có chu kỳ 
 bán rã cỡ 10-8s hoặc nhỏ hơn.Có hai nhóm mêzôn 
 0 
 là mêzôn (,,) và mêzôn KKKK (,,) 0 
- Các barion có khối lượng bằng hoặc lớn hơn khối 
 lượng proton. Có hai nhóm barion là nuclôn (n,p) 
 và hyperôn(  ,,   ) 
 Mỗi barion được gắn cho một số barion B = +1, 
 mỗi phản barion B = -1.
 Trong các phản ứng hạt nhân, số barion B được 
 bảo toàn.
 Số lạ: Một số các phản ứng mặc dù 
 không vi phạm các định luật bảo toàn 
 đã biết ở trên nhưng không bao giờ xảy 
 ra, để giải thích điều này người ta đưa 
 ra một số lượng tử mới S gọi là số lạ.
 Đối hạt có số lạ ngược dấu với số lạ của 
 hạt tương ứng.
Trong các phản ứng hạt nhân số lạ S 
 được bảo toàn.
3. Các hạt Quark: Năm 1964 Murray 
 Gell – Mann và George Zweig đã đưa 
 ra giả thiết là các hadron được tạo ra 
 bởi các hạt nhỏ hơn gọi là các hạt 
 quark. Cho đến nay đã tìm được 6 hạt 
 quark là: u (up), d (down), s (strange), c 
 (charm), b (bottom), t (top), mỗi quark 
 có một phản quark tương ứng .
 Quark Spin Điện tích Số barion Số lạ
 u 1/2 2/3 1/3 0
 d 1/2 -1/3 1/3 0
 s 1/2 -1/3 1/3 -1
 u 1/2 -2/3 -1/3 0
 d 1/2 1/3 -1/3 0
 s 1/2 1/3 -1/3 0
• Các hạt quark vẫn chưa quan sát được 
 trong phòng thí nghiệm như các hạt tự do.
Sự tạo thành các hadron dựa theo qui tắc 
đơn giản sau:
* Các barion là tổ hợp của ba quark
* Các mezon được tạo thành bởi một cặp 
quark – phản quark.
Ví dụ: proton có thành phần quark là uud
 notron có thành phần quark là udd
 mezon có thành phần quark là 
 ud
4. Tương tác của các hạt cơ bản:
 Theo quan niệm của các nhà vật lý hạt thì các 
 hạt cơ bản truyền tương tác với nhau thông qua 
 các hạt truyền tương tác gắn kết với mỗi loại lực.
 Lực điện từ: hạt truyền tương tác là photon.
 Lực hạt nhân yếu: hạt truyền tương tác là WZ , 0
 Lực hạt nhân mạnh: hạt truyền tương tác là 
 gluôn.
 Lực hấp dẫn: hạt truyền tương tác là gravitôn
 Độ mạnh Phạm vi Hạt
Tên lực tương đối tác dụng truyền
 tương tác
Lực hạt Mezon/
nhân 1 10-15 m gluôn
mạnh
Lực điện 10-2 Phôton
từ 
Lực hạt 10-5 10-18 m
 0
nhân yếu WZ,
Lực hấp 10-39 Gravitôn
dẫn 
Câu 40: Pion trung hoà đứng yên có năng 
lượng nghĩ là 134,9 MeV phân rã thành hai 
tia gamma .
 0  
Tìm bước sóng của tia gamma phát ra 
trong phân rã gamma này 
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng
 hc
 E 2 
 
 2hc 2.6.625.10 34 .3.10 8
  13
 E 134,9.1,6.10
 1,84.10 14 m
Câu 41: Một pion đứng yên phân rã thành 
muyon và nơtrino theo sơ đồ:
  
Biết năng lượng nghĩ của pion và muyon 
tương ứng là 139,5 MeV và 105,7 MeV. Tìm 
động năng của hai hạt tạo thành
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:
 EEEKK    
 KKEEE   
 139,5 105,7 33,8MeV
 33,8.1,6,10 13 5,4.10 12 J
Photon có năng lượng 3MeV biến đổi thành 
 cặp e , e ; tính động năng mỗi hạt e , e 
 (hai động năng này coi như bằng nhau) .
Phương trình phản ứng:
  e e 
Áp dụng ĐL bảo toàn năng lượng:
 2
 E 2 me c 2 K e
 E 2 m c2
 K  e 0,99 MeV
 e 2