Vật lí hạt nhân Vật Lí 12
Tài liệu Vật lí hạt nhân Vật Lí 12 trong Kho Tài Liệu Vàng LUKATO.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
DAILY CONCEPT PAPER · VIETNAMESE HIGH SCHOOL · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
01 / 14
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 VẬT LÍ HẠT NHÂN
Vật lí
hạt nhân
Vật Lí 12
Cấu tạo hạt nhân · Lực hạt nhân · Độ hụt khối · Năng lượng liên kết · Phóng xạ \alpha, \beta, \gamma · Phản ứng phân hạch & Nhiệt hạch · E = mc^2
Chào mừng em đến với chương cuối cùng của Vật Lí 12. Chúng ta sẽ đi sâu vào tận cùng của vật chất: Hạt nhân nguyên tử . Nơi đây ẩn chứa một nguồn năng lượng khổng lồ, được giải phóng thông qua các phản ứng hạt nhân, tuân theo phương trình vĩ đại nhất lịch sử của Albert Einstein: E = mc^2.
Trong đề thi THPTQG 2026, phần này chiếm khoảng 4-5 câu. Các bài tập tính toán thường xoay quanh Độ hụt khối , Năng lượng liên kết và Định luật phóng xạ . Lỗi sai phổ biến nhất là quên đổi đơn vị u sang \text{MeV}/c^2 . Hãy cùng LUKATO AI chinh phục trọn vẹn điểm số phần này!
Đối tượng
Lớp 12 THPTQG 2026
Thời lượng
15 phút đọc xuôi 1 lần
Số trang
14 trang 6 khái niệm + 3 tổng kết
HÔM NAY EM SẼ HỌC 6 khái niệm · 3 trang tổng kết
1 Cấu tạo hạt nhân & Lực hạt nhân Proton, Neutron, Đồng vị TR.02-03
2 Hệ thức Einstein & Độ hụt khối E = mc^2 · \Delta m TR.04-05
3 Hiện tượng Phóng xạ Tia \alpha, \beta^-, \beta^+, \gamma TR.06-07
4 Định luật Phóng xạ N = N_0 \cdot 2^{-t/T} = N_0 e^{-\lambda t} TR.08-09
5 Phân hạch & Nhiệt hạch Bom nguyên tử & Năng lượng Mặt Trời TR.10
6 Chiến thuật 3 Phần THPTQG Phần I / II / III · phân loại câu hỏi TR.11
✓ Tổng kết Bảng tia phóng xạ · 10 công thức · 5 sai lầm TR.12-14
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 1 · CẤU TẠO HẠT NHÂN · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
02 / 14
01 KHÁI NIỆM 1/2 · CẤU TẠO HẠT NHÂN
Hạt nhân — tập hợp của Proton và Neutron
Nguyên tử được cấu tạo bởi lớp vỏ electron và hạt nhân ở trung tâm. Hạt nhân vô cùng nhỏ bé (chỉ bằng 10^{-5} kích thước nguyên tử) nhưng lại chứa tới 99{,}9\% khối lượng của toàn bộ nguyên tử.
⦿ Kí hiệu hạt nhân _Z^A X
Hạt nhân được cấu tạo bởi hai loại hạt: Proton (mang điện dương) và Neutron (không mang điện). Gọi chung chúng là Nucleon .
_Z^A X
Trong đó:
X: Tên nguyên tố hóa học.
Z: Nguyên tử số (Số proton). Bằng số electron ở vỏ.
A: Số khối (Tổng số nucleon). A = Z + N.
N = A - Z: Số neutron trong hạt nhân.
⚠ Bẫy "Số khối" và "Khối lượng"
Chữ A gọi là Số khối (chỉ là một con số nguyên đếm số hạt). Nó xấp xỉ bằng khối lượng nguyên tử tính theo đơn vị u, nhưng không phải là khối lượng . Đừng nhầm lẫn!
FIG.01 · Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
★ Đồng vị (Isotopes)
Là các hạt nhân có cùng số proton (Z) nhưng khác số neutron (N) , dẫn đến khác số khối (A).
Ví dụ: Hydro có 3 đồng vị là _1^1\text{H} (Hydro thường), _1^2\text{H} (Dơteri), _1^3\text{H} (Triti).
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 1 · LỰC HẠT NHÂN · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
03 / 14
01 KHÁI NIỆM 2/2 · LỰC HẠT NHÂN
Lực hạt nhân — lực mạnh nhất trong vũ trụ
Các proton mang điện tích dương, theo định luật Coulomb chúng phải đẩy nhau cực mạnh. Vậy tại sao hạt nhân không bị vỡ tung ra? Đó là nhờ một loại lực đặc biệt: Lực hạt nhân (Tương tác mạnh).
⦿ Đặc điểm của Lực hạt nhân
- Là lực hút rất mạnh giữa các nucleon (proton-proton, neutron-neutron, proton-neutron).
- Không phải là lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Bản chất của nó là Tương tác mạnh .
- Bán kính tác dụng rất ngắn : Chỉ phát huy tác dụng khi khoảng cách giữa các nucleon \le 10^{-15} m (kích thước hạt nhân). Nếu xa hơn, lực này giảm nhanh về 0.
⚠ Bẫy lý thuyết Phần I
Đề hỏi: "Lực hạt nhân là lực tĩnh điện hút nhau giữa proton và neutron. Đúng hay sai?"
Đáp án: SAI. Neutron không mang điện nên không có lực tĩnh điện. Lực hạt nhân là một loại lực hoàn toàn khác (Tương tác mạnh).
① Bài mẫu · Đọc kí hiệu hạt nhân
Đề: Hạt nhân Urani _{92}^{235}\text{U} có cấu tạo gồm bao nhiêu proton, neutron và nucleon?
Giải chi tiết:
- Số proton (Z): Nhìn chỉ số dưới \Rightarrow Z = 92 proton.
- Số nucleon (A): Nhìn chỉ số trên \Rightarrow A = 235 nucleon.
- Số neutron (N): N = A - Z = 235 - 92 = 143 neutron.
Đáp án: 92 proton, 143 neutron, 235 nucleon.
★ Đơn vị khối lượng nguyên tử (u)
Khối lượng hạt nhân quá nhỏ, không thể dùng kg. Người ta dùng đơn vị u.
1u = \frac{1}{12} khối lượng nguyên tử Cacbon-12.
1u \approx 1{,}66055 \cdot 10^{-27} kg.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 2 · HỆ THỨC EINSTEIN · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
04 / 14
02 KHÁI NIỆM 1/2 · HỆ THỨC EINSTEIN & ĐỘ HỤT KHỐI
Độ hụt khối \Delta m — khối lượng bị "biến mất" đi đâu?
Một sự thật gây sốc: Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo thành nó! Phần khối lượng bị "hao hụt" này đã biến thành năng lượng để gắn kết các hạt lại với nhau, tuân theo phương trình E = mc^2.
⦿ Công thức Độ hụt khối \Delta m
Xét hạt nhân _Z^A X có khối lượng m_X. Tổng khối lượng các hạt tạo thành nó là: Z \cdot m_p + (A-Z)m_n.
\Delta m =[Z \cdot m_p + (A-Z)m_n] - m_X
Trong đó:
\Delta m: Độ hụt khối u
m_p \approx 1{,}0073\ u: Khối lượng 1 proton.
m_n \approx 1{,}0087\ u: Khối lượng 1 neutron.
m_X: Khối lượng hạt nhân X.
Luôn có \Delta m > 0 đối với mọi hạt nhân bền.
★ Hệ thức Einstein
Khối lượng và năng lượng là hai mặt của một thực thể. Một vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ E:
E = mc^2
Hệ quả: 1u = 931{,}5 \text{ MeV}/c^2.
FIG.02 · Minh họa Độ hụt khối
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 2 · NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
05 / 14
02 KHÁI NIỆM 2/2 · NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT & BÀI TẬP MẪU
Năng lượng liên kết riêng — thước đo sự bền vững
Phần khối lượng bị hụt đi (\Delta m) đã biến thành Năng lượng liên kết (W_{lk}) để giữ các nucleon lại với nhau. Tuy nhiên, để biết hạt nhân nào bền vững hơn, ta phải chia đều năng lượng đó cho từng nucleon (Năng lượng liên kết riêng).
⦿ Năng lượng liên kết (W_{lk})
Là năng lượng tỏa ra khi các nucleon liên kết thành hạt nhân, hoặc là năng lượng tối thiểu cần cung cấp để phá vỡ hạt nhân thành các nucleon riêng rẽ.
W_{lk} = \Delta m \cdot c^2
(Đơn vị thường dùng là MeV. Để tính nhanh, lấy \Delta m tính bằng u nhân với 931{,}5).
⦿ Năng lượng liên kết riêng (\varepsilon)
\varepsilon = \frac{W_{lk}}{A}
Hạt nhân có \varepsilon càng lớn thì càng bền vững .
Các hạt nhân bền vững nhất có số khối A trong khoảng từ 50 \to 95 (đỉnh cao là Sắt ^{56}_{26}\text{Fe} với \varepsilon \approx 8{,}8 MeV/nucleon).
① Bài mẫu · Tính Năng lượng liên kết
Đề: Hạt nhân Heli _2^4\text{He} có khối lượng m_{\text{He}} = 4{,}0015\ u. Biết m_p = 1{,}0073\ u, m_n = 1{,}0087\ u, 1u = 931{,}5 \text{ MeV}/c^2. Tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Heli.
Giải chi tiết:
- Xác định cấu tạo:
_2^4\text{He} có Z = 2 proton, N = 4 - 2 = 2 neutron.
- Tính độ hụt khối \Delta m:
\Delta m = (2 \cdot 1{,}0073 + 2 \cdot 1{,}0087) - 4{,}0015
\Delta m = 4{,}0320 - 4{,}0015 = 0{,}0305\ u.
- Tính Năng lượng liên kết W_{lk}:
W_{lk} = \Delta m \cdot c^2 = 0{,}0305 \cdot 931{,}5 \approx 28{,}41 MeV.
- Tính Năng lượng liên kết riêng \varepsilon:
\varepsilon = \frac{W_{lk}}{A} = \frac{28{,}41}{4} \approx 7{,}10 MeV/nucleon.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 3 · HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
06 / 14
03 KHÁI NIỆM 1/2 · HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ
Phóng xạ — sự biến đổi tự phát của hạt nhân
Một số hạt nhân không bền vững (thường là các hạt nhân nặng) sẽ tự động vỡ ra, phát ra các tia bức xạ vô hình và biến đổi thành hạt nhân khác. Quá trình này gọi là Hiện tượng phóng xạ.
⦿ Đặc điểm của Phóng xạ
- Là quá trình tự phát , không thể điều khiển được.
- Hoàn toàn không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, hay trạng thái hóa học (dù chất phóng xạ ở dạng đơn chất hay hợp chất thì tốc độ phóng xạ vẫn như nhau).
- Là một phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng .
★ 3 Loại tia phóng xạ chính
Tia \alpha (Alpha): Là dòng hạt nhân Heli (_2^4\text{He}). Mang điện dương (+2e).
Tia \beta (Beta): Gồm \beta^- (electron _{-1}^0\text{e}) và \beta^+ (positron _{+1}^0\text{e}). Mang điện âm hoặc dương.
Tia \gamma (Gamma): Là sóng điện từ (photon) có bước sóng cực ngắn. Không mang điện .
FIG.03 · Sự lệch của các tia phóng xạ trong điện trường
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 3 · PHƯƠNG TRÌNH PHÓNG XẠ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
07 / 14
03 KHÁI NIỆM 2/2 · PHƯƠNG TRÌNH PHÓNG XẠ & ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
Viết phương trình phóng xạ — bảo toàn Số khối và Điện tích
Trong mọi phản ứng hạt nhân (kể cả phóng xạ), luôn có 4 định luật bảo toàn được tuân thủ: Bảo toàn Số khối (A), Bảo toàn Điện tích (Z), Bảo toàn Động lượng và Bảo toàn Năng lượng toàn phần. (Lưu ý: KHÔNG bảo toàn khối lượng!).
⦿ Định luật bảo toàn A và Z
Xét phương trình: _Z^A X \to _{Z_1}^{A_1} Y + _{Z_2}^{A_2} \text{Tia phóng xạ}
Ta luôn có:
A = A_1 + A_2 (Bảo toàn số khối)
Z = Z_1 + Z_2 (Bảo toàn điện tích)
⚠ Phóng xạ Gamma (\gamma)
Tia \gamma là photon, có A=0, Z=0. Phóng xạ \gamma thường đi kèm với phóng xạ \alpha hoặc \beta khi hạt nhân con sinh ra đang ở trạng thái kích thích, nó phát ra tia \gamma để trở về trạng thái cơ bản. Phóng xạ \gamma không làm thay đổi hạt nhân.
① Bài mẫu · Viết phương trình phóng xạ
Đề: Hạt nhân Urani _{92}^{238}\text{U} phân rã phát ra một hạt \alpha và biến đổi thành hạt nhân Thori (Th). Viết phương trình phản ứng và xác định số khối, nguyên tử số của Th.
Giải chi tiết:
- Nhớ kí hiệu hạt \alpha:
Hạt \alpha chính là hạt nhân Heli: _2^4\text{He}.
- Viết phương trình tổng quát:
_{92}^{238}\text{U} \to _2^4\text{He} + _Z^A\text{Th}
- Áp dụng bảo toàn A và Z:
Bảo toàn số khối: 238 = 4 + A \Rightarrow A = 234.
Bảo toàn điện tích: 92 = 2 + Z \Rightarrow Z = 90.
- Kết luận:
Hạt nhân Thori tạo thành là _{90}^{234}\text{Th}.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 4 · ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
08 / 14
04 KHÁI NIỆM 1/2 · ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ
Định luật Phóng xạ — sự suy giảm theo hàm mũ
Dù không thể biết chính xác khi nào một hạt nhân cụ thể sẽ phân rã, nhưng với một số lượng lớn hạt nhân, ta có thể dùng thống kê để tính chính xác số hạt nhân còn lại sau một khoảng thời gian t.
⦿ Chu kì bán rã (T)
Là khoảng thời gian để một nửa số hạt nhân hiện có bị phân rã (biến thành chất khác). Nửa còn lại vẫn là chất ban đầu.
Hằng số phóng xạ (\lambda): Đặc trưng cho tốc độ phân rã của chất đó. \lambda = \frac{\ln 2}{T} \approx \frac{0{,}693}{T}.
⦿ Công thức Số hạt CÒN LẠI (N)
Giả sử ban đầu có N_0 hạt nhân. Sau thời gian t, số hạt nhân chưa bị phân rã (còn lại) là:
N = N_0 \cdot 2^{-\frac{t}{T}} = N_0 \cdot e^{-\lambda t}
Tương tự cho khối lượng còn lại:
m = m_0 \cdot 2^{-\frac{t}{T}} = m_0 \cdot e^{-\lambda t}
FIG.04 · Cứ sau 1 chu kì T, số hạt giảm đi một nửa
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
VẬT LÍ · CHỦ ĐỀ 10 · KHÁI NIỆM 4 · BÀI TẬP MẪU PHÓNG XẠ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Vật Lí · Chủ đề 10 · Vật lí hạt nhân
09 / 14
04 KHÁI NIỆM 2/2 · SỐ HẠT BỊ PHÂN RÃ & BÀI TẬP MẪU
Số hạt BỊ PHÂN RÃ — cái bẫy ngôn từ kinh điển
Đề thi thường không hỏi số hạt "còn lại", mà hỏi số hạt "đã bị phân rã" (đã biến thành chất khác). Nếu em dùng nhầm công thức N = N_0 2^{-t/T}, em sẽ chọn ngay đáp án sai.
⚠ Công thức Số hạt ĐÃ BỊ PHÂN RÃ (\Delta N)
Số hạt bị phân rã = Số hạt ban đầu - Số hạt còn lại.
\Delta N = N_0 - N = N_0 (1 - 2^{-\frac{t}{T}})
Tương tự cho khối lượng bị phân rã: \Delta m = m_0 (1 - 2^{-\frac{t}{T}}).
① Bài mẫu · Tính khối lượng còn lại và bị phân rã
Đề: Chất phóng xạ Poloni ^{210}\text{Po} có chu kì bán rã T = 138 ngày. Ban đầu có 100 gam Po. Tính khối lượng Po còn lại và khối lượng Po đã bị phân rã sau 276 ngày.
Giải chi tiết:
- Xác định tỉ số t/T:
t = 276 ngày, T = 138 ngày \Rightarrow \frac{t}{T} = \frac{276}{138} = 2.
(Nghĩa là đã trôi qua đúng 2 chu kì bán rã).
- Tính khối lượng Po CÒN LẠI (m):
Áp dụng công thức: m = m_0 \cdot 2^{-t/T}
m = 100 \cdot 2^{-2} = 100 \cdot \frac{1}{4} = 25 gam.