MÔ HÌNH CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

     Hạt nhân nguyên tử cấu tạo gồm các hạt proton mang điện dương, và các hạt neutron trung hòa điện. Hạt proton và neutron còn gọi chung là các hạt nucleon. Các hạt nucleon ở rất gần nhau và tương tác với nhau bởi lực rất mạnh gọi là lực hạt nhân. Các nhà khoa học đưa ra nhiều mô hình khác nhau để giải thích cơ chế tạo liên kết trong hạt nhân, và từ đó giải thích các hiện tượng liên quan tới phản ứng hạt nhân. Dưới đây là hai mô hình hạt nhân.

     Mô hình giọt chất lỏng: được Bohr đề xuất năm 1936. Theo ông, các nucleon giống như các phân tử trong một giọt chất lỏng. Trong mô hình giọt chất lỏng này, các nucleon tương tác mạnh với nhau và thường xuyên xảy ra va chạm khi chúng “lắc lư” bên trong hạt nhân. Chuyển động lắc lư này tương tự như chuyển động nhiệt của các phân tử trong một giọt chất lỏng. Bốn hiệu ứng chính ảnh hưởng đến năng lượng liên kết của hạt nhân trong mô hình giọt chất lỏng là:

1.    Độ bền vững của hạt nhân liên quan đến hình dạng của nó. Hạt nhân dạng hình cầu thường bền vững; hạt nhân hình giọt nước kém bền vững hơn và có nhiều khả năng sẽ trải qua quá trình phân rã.

2.    Khối lượng và thể tích của hạt nhân tỷ lệ với số hạt nucleon trong hạt nhân.

3.    Sự kết hợp của hai hạt nhân giống nhau như sự kết hợp của 2 giọt nước;

4.    Sự va chạm của các hạt nucleon năng lượng cao với hạt nhân của một số nguyên tố có thể khiến hạt nhân trải qua quá trình phân rã, giống như các viên đạn phá vỡ các giọt nước.

     Mô hình vỏ hạt nhân: được hai nhà khoa học M.G. Mayer và H. Jensen nghiên cứu độc lập và gần như đồng thời và công bố vào năm 1949. Theo mô hình này, một hạt nhân chứa các dải năng lượng riêng biệt được gọi là vỏ năng lượng. Các nucleon của nó bị giới hạn trong các lớp vỏ này.

Mỗi hạt nhân chứa nhiều lớp vỏ như vậy, nhưng không phải lớp vỏ nào cũng chứa nucleon. Mỗi lớp vỏ được xác định bởi một số, chính là số nucleon tối đa chứa trong đó. Bảng 1 thể hiện số proton và neutron tối đa trong 5 lớp vỏ đầu tiên.

                            

     Khi mọi lớp vỏ ngoài đều trống, còn các lớp vỏ bên trong đều chứa số lượng proton hoặc neutron tối đa, thì hạt nhân đó là thần kì (magic). Hạt nhân với số lượng proton hoặc số neutron ứng với số thần kì (số magic) thường bền vững. Các số nucleon thần kì có giá trị là 2, 8, 20, 28, 50, 82 và 126. Ví dụ, hạt nhân chứa 8 proton, và 9 neutron là hạt nhân có số lượng proton thần kì vì có lớp vỏ 1 và 2 chứa đầy proton. Tương tự, hạt nhân có tổng cộng 19 proton và 20 neutron là hạt có số lượng neutron thần kì, bởi vì các lớp vỏ 1, 2 và 3 đều chứa số lượng neutron tối đa tương ứng.

Các hạt nhân \({}_8^{16}{\rm{O}}\)(Z = 8, N = 8) và \({}_{20}^{40}{\rm{Ca}}\)(Z = 20, N = 20) gọi là thần kì kép (thần kì trong cả số proton và neutron). Hạt nhân thần kì kép là hạt nhân ổn định nhất và có dạng hình cầu.

Trả lời cho các câu 74, 75, 76, 77, 78, 79 dưới đây:

Theo mô hình giọt chất lỏng, một hạt nhân khó có thể xảy ra phản ứng phân rã trong điều kiện nào sau đây?