Tài liệu Chuyên đề 2: Vật lý hạt nhân doc

Chuyên đề 2: VẬT LÝ HẠT NHÂN CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ: * Theo Rutherford, nguyên tử nhỏ có đường kính khoảng 10-8m bao gồm hạt nhân giữa, xung quanh có electron * Hạt nhân có kích thước nhỏ (khoảng 10-14m đến 10-15m) cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclon * Có loại nuclon: - Proton: ký hiệu p mang điện tích nguyên tố +e, khối lượng mp = 1,67263.10-27kg lớn khối lượng electron khoảng 1840 lần - Nơtron: ký hiệu n, không mang điện tích, khối lượng mn = 1,67494.10-27kg * Nếu nguyên tố có số thứ tự Z bảng tuần hoàn Mendeleev (Z gọi nguyên tử số) nguyên tử có Z electron vỏ hạt nhân nguyên tử chứa Z proton N nơtron * Vỏ electron có điện tích –Ze Hạt nhân có điện tích +Ze Nguyên tử điều kiện bình thường trung hòa điện * Số nuclon hạt nhân là: A = Z + N A: gọi khối lượng số số khối lượng nguyên tử * Ví dụ: - Nguyên tử Hydro: có Z = 1, có 1e- vỏ hạt nhân có proton nơtron, số khối A=1 - Nguyên tử Carbon có Z = 6, có 6e- vỏ ngoài, hạt nhân có proton nơtron, số khối A=Z+N=12 - Nguyên tử natri có Z = 11, có 11e- vỏ ngoài, hạt nhân có chứa 11 proton 12 nơtron Số khối: A = Z + N = 11 + 12 = 23 * Một nguyên tử hạt nhân kí hiệu cách ghi bên cạnh kí hiệu hóa học: nguyên tử số (ở phía trước) số khối phía Ví dụ: H, 12 C, LỰC HẠT NHÂN: 23 11 N * Mặc dù hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt mang điện dấu không mang điện lại bền vững * Do lực liên kết chúng có chất khác với trọng lực, lực điện, lực từ đồng thời phải mạnh so với lực * Lực liên kết gọi lực hạt nhân * Lực hạt nhân mạnh khoảng cách nuclon nhỏ kích thước hạt nhân cỡ 10-13m gọi bán kính tác dụng lực hạt nhân ĐỒNG VỊ: * Các nguyên tử mà hạt nhân có số proton Z có số nơtron N khác gọi đồng vị Ví dụ: - Hydro có đồng vị: H, H, H1 * Các đồng vị có số electron nên chúng có tính chất hóa học ĐƠN VỊ KHỐI LƯNG NGUYÊN TỬ khối lượng nguyên tử đồng vị 12 phổ biến 12 C, đơn vị gọi đơn vị carbon * Đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu u) HIỆN TƯNG PHÓNG XẠ: a Hiện tượng phóng xạ * Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác * Những xạ gọi tia phóng xạ, tia phóng xạ không nhìn thấy phát chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hóa chất, bị lệch điện trường từ trường… b Đặc điểm tượng phóng xạ: * Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, hoàn toàn không phụ thuộc vào tác động bên * Dù nguyên tử phóng xạ có nằm hợp chất khác nhau, dù chất phóng xạ chịu áp suất hay nhiệt độ khác nhau… tác động không gây ảnh hưởng đến trình phóng xạ hạt nhân nguyên tử BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC TIA PHÓNG XẠ: a Tia alpha: * Kí hiệu α , chất hạt nhân He * Bị lệch âm tụ điện mang điện tích +2e * Vận tốc chùm tia α : 107m/s * Có khả gây ion hóa chất khí Trang * Khả đâm xuyên yếu, tối đa 8cm không khí b Tia bêta: gồm loại: - Tia β − * Kí hiệu β − * Bị lệch dương tụ điện * Thực chất dòng electron - Tia β + * Kí hiệu β + * Bị lệch âm tụ điện * Thực chất chùm hạt có khối lượng electron mang điện tích +e gọi positron * Các hạt phóng xạ với vận tốc gần vận tốc ánh sáng * Có khả ion hóa chất khí yếu tia α * Có khả đâm xuyên mạnh tia α , hàng trăm mét không khí c Tia gamma: * Ký hiệu γ * Không bị lệch điện trường từ trường * Bản chất sóng điện từ có bước sóng ngắn * Đây chùm photon có lượng cao, có khả đâm xuyên lớn qua lớp chì dày hàng domestic nguy hiểm cho người * Có tính chất tia Rơnghen ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ * Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kì số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác * Gọi N0, m0: số nguyên tử khối lượng ban đầu khối lượng phóng xạ Gọi N, m: số nguyên tử khối lượng thời điểm t N = N e −λt = N0 2K m = m e −λt = Ta coù: m0 2K K : số chu kỳ bán rã khoảng thời gian t Trang λ : số phóng xaï λ= ln 0, 693 = T T T: chu kỳ bán rã ĐỘ PHÓNG XẠ: * Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu đo số phân rã giây * Đơn vị Becqueren (Bq) Curie (Ci) Bq phân rã giây Ci = 3,7.1010Bq * Độ phóng xạ: H = λ N = λ N0 e −λt = H0 e −λt H0 = λ N0 độ phóng xạ ban đầu ĐỊNH NGHĨA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác theo sơ đồ: A+B → C+D Trong đó: A B hai hạt nhân tương tác với C D hai hạt nhân tạo thành - Số hạt nhân trước sau phản ứng nhiều - Số hạt vế hạt sơ cấp electron ( +0 e − ) , ( +0 e + ) , proton ( H) , nôtron 1 ( n) , photon ( γ ) … Lưu ý: - Sự phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân nguyên tử thành hạt nhân nguyên tử khác - Phương trình phản ứng: A → B + C A: hạt nhân mẹ B: hạt nhân gọi hạt nhân C: hạt α β 238 92 U → α + 234 Th 90 CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN a Định luật bảo toàn số Nuclon (số khối A): Tổng số nuclon hạt nhân trước phản ứng sau phản ứng nhau: Aa + Ab = Ac + Ad Trang b Định luật bảo toàn điện tích nguyên tử số Z) Tổng điện tích hạt trước sau phản ứng nhau: Za + Zb = Zc + Zd Ví dụ: He + 27 13 Al → P + 30 15 n c Định luật bảo toàn lượng bảo toàn động lượng: * Hai định luật cho hệ hạt tham gia phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, lượng động lượng bảo toàn * Lưu ý : Không có định luật bảo toàn khối lượng hệ CÁC QUY TẮC DỊCH CHUYỂN CỦA PHÓNG XẠ Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon bảo toàn điện tích trình phóng xạ ta thu quy tắc dịch chuyển sau: a Phóng xạ α ( He) : A Z X → He + A Z X So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô bảng tuần hoàn có số khối nhỏ đơn vị Ví dụ: 226 88 Ra → He + b Phóng xạ β ( −0 e − ) : A Z 222 86 Rn X → − −1 e − Y+γ A Z +1 * So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí tiến ô có số khối Ví dụ: 210 83 Bi → − −1 e + 210 84 P0 + γ * Thực chất phóng xạ β − hạt nhân nơtron (n) biến thành prôton (p) cộng với electron (e-) phaûn neutrio ( γ ) n → p+e+ γ (Neutrino hạt nhân không mang điện, số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ánh sáng) c Phóng xaï β + ( −0 e + ) : A Z X → + −1 e + Y+γ A Z −1 * So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô có số khối Ví dụ: 30 15 P → + −1 e + 30 14 Si + γ * Thực chất phóng xạ β + biến đổi prôton (p) thành neutron (n) cộng với prsitron (e) vaø nueutrino p → n + e+ + γ d Phóng xạ γ : * Phóng xạ photon có lượng: hf = E2 – E1 (E2 > E1) Trang * Photon ( γ ) có A = 0, Z = nên phóng xạ γ biến đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố mà có giảm lượng hạt nhân lượng hf Các số • Hằng số Avôgrô : NA = 6,023.1023 nguyên tử/mol • Ln2 = 0,693 • năm có 365 ngày • tháng có 30 ngày Câu Khẳng định hạt nhân nguyên tử ? A Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân B Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân C Điện tích nguyên tử điện tích hạt nhân D Lực tỉnh điện liên kết nuclôn hạt nhân Câu Khẳng định cấu tạo hạt nhân ? A Trong ion đơn nguyên tử số proton số electron B Trong hạt nhân số proton số nơtron C Trong hạt nhân số proton nhỏ số nơtron D Các nuclôn khoảng cách liên kết với lực hạt nhân Câu Nguyên tử đồng vị phóng xạ 235U có: 92 A 92 electron tổng số prôton electron 235 B 92 nơtron, tổng số nơtron prôton 235 C 92 prôton, tổng số prôton electron 235 D 92 prôton , tổng số prôton nơtron 235 Câu Ký hiệu nguyên tử mà hạt nhân chứa prôton nơtron là: A 7N B 7N C 7Li D 7Li C 5,31.10–24g D 24,08.10– Câu Khối lượng hạt nhân He 24 g A 3,32.10–24g B 6,64.10–24g Caâu Xét điều kiện tiêu chuẩn , có gam 4He chiếm thể tích tương ứng : A 22,4 lít B 44,8 lít C 11,2 lít D 5,6 lít Câu Xem khối lượng hạt proton nơtron xấp xỉ nhau, bất đẳng thức đúng? Trang A mD > mT > mα B mT > mα > mD C mα > mD > mT D mα > mT > mD Caâu Nhận xét sai tia anpha chất phóng xạ? A Phóng từ hạt nhân với vận tốc khoảng 107m/s B Nó làm ion hoá môi trường dần lượng C Chỉ tối đa 8cm không khí D Có thể xuyên qua thuỷ tinh mỏng Câu Nhận xét tia bêta chất phóng xạ sai? A Các hạt β phóng với vận tốc lớn , gần vận tốc ánh sáng B Tia β làm ion hoá môi trường mạnh tia anpha C Tia β− gồm hạt β− hạt electron D Có hai loại tia : tia β+ tia β− Câu 10 Nhận xét tia gamma chất phóng xạ không đúng? A Là sóng điện từ có bước sóng dài , mang lượng lớn B Là hạt phôton , gây nguy hiểm cho người C Không bị lệch điện trườngvà từ trường D Có khả đâm xuyên lớn Câu 11 Nhận xét tượng phóng xạ sai? A Không phụ thuộc vào tác động bên B Không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường C Ảnh hưởng đến áp suất mội trường D Các chất phóng xạ khác có chu kỳ bán rã khác Câu 12 Nhận xét liên quan đến tượng phóng xạ không đúng? A Phóng xạ α , hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ B Phóng xạ β− hạt nhân tiến ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ C Phóng xạ β+ hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ D Phóng xạ γ hạt nhân sinh tra.ng thái kích thích chuyển từ mức lượng thấp đến mức lượng cao Câu 13 Tính chất liên quan đến hạt nhân nguyên tử phản ứng hạt nhân không đúng? A Hạt nhân có lượng liên kết lớn bền vững Trang B Một phản ứng hạt nhân hạt sinh có tổng khối lượng bé hạt ban đầu , nghóa bền vững , phản ứng toả lượng C Một phản ứng hạt nhân sinh hạt có tổng khối lượng lớn hạt ban đầu , nghóa bền vững , phản ứng thu lượng D Phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ hydrô, hêli, thành hạt nhân nặng gọi phản ứng nhiệt hạch Câu 14 Nhận xét phản ứng phân hạch phản ứng nhiệt hạch không đúng? A Sự phân hạch tượng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân trung bình với nơtron B Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao C Bom khinh khí thực phản ứng phân hạch D Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng không kiểm soát Câu 15 Khẳng định liên quan đến phản ứng phân hạch đúng? A Nếu s > hệ thống gọi vượt hạn , không khống chế phản ứng dây chuyền , trường hợp sử dụng để chế tạo bom nguyên tử B Nếu s = hệ thống gọi tới hạn , phản ứng dây chuyền tiếp diễn , không tăng vọt , lượng toả không đổi kiểm soát , trường hợp sử dụng nhà máy điện hạt nhân nguyên tử C Nếu s < hệ thống gọi hạn , phản ứng dây chuyền không xảy D Tất Câu 16 Chất IỐT phóng xạ có chu kỳ bán rã ngày Ban đầu có 100g chất sau 16 ngày khối lượng chất IỐT lại A 12,5g B 25g C 50g D 75g Câu 17 Ban đầu có 2g Radon ( 222 Rn) chất phóng xạ chu kỳ bán rã T Số nguyên tử 86 Radon lại sau t = 4T A 3,39.1020 nguyên tử B 5,42.1020 nguyên tử C 3,49.1020 nguyên tử D 5,08.1020 nguyên tử Câu 18 Một lượng chất phóng xạ Radon có khối lượng ban đầu m0 Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T Radon : A 14,5 ngày B 1,56 ngày Câu 19 Chu kỳ bán rã 238U 92 C 1,9 ngày D 3,8 ngày T= 4,5.109 năm Cho biết : x mD ⇒ chọn câu D 16 17 18 m= mo t 2T = 100 = 25g ⇒ chọn câu B 16 28 m N N = No 1t = o A = 3,39.1020 ⇒ chọn câu A 16A 2T ΔH = − ⇒ = − 0,9375 ⇒ T = 3,8 ngày ⇒ chọn câu D t t Ho 2T 2T 19 ΔN = No − N = Noλt = 20 m oNA Ln2 t = 3,895.1011 nguyeân tử ⇒ chọn câu C A T ΔN = − = 0,875 ⇒ = − 0,875 ⇒ t = 16710 naêm t t No 2T 2T Trang 14 ⇒ chọn câu A 21 m N H = Hoe−λt = λNo 1t = Ln2 o A 1t = 5,51.1013Bq ⇒ chọn câu B T A 2T 2T 22 ΔN = 360 = No − N = No(1 − e−λt ) t N ΔN' = 45 = N'o −N' = N'o (1 − e−λt ) ⇒ 360 = = o = T ⇒ t = ⇒ T = = 2h ⇒ 45 N'o T chọn câu B 23 24 m= mo t 2T t ⇒ 2T = mo = 18 ⇒ t = 414 ngày ⇒ chọn câu D m 2,25 ΔN = No − N = No(1 − e−λt ) = m N m A No m.NA = = Nα = α A ⇒ m = o α = 2g ⇒ chọn 2 A Aα 2A câu B H = Hoe−λt = Ho 1t = 0,5.105 Bq ⇒ choïn caâu D 2T 25 m N Ho = λNo = Ln2 o A ⇒ mo= 2,15.10-8g T A 26 ⇒ chọn câu B 27 H = Hoe−λt = Ho 1t = 0,25Ho ⇒ t = 11200 năm ⇒ chọn câu D 2T 29 t H H = Hoe−λt = Ho 1t ⇒ T = o = 19,2 ⇒ T = 3,5 phuùt H 7,13 2T 30 N = Noe−λt = 31 235 n + 92 U 95 → 42Mo + 139La + 2A X + 7−0 e− 57 Z ⇒ A = ; Z = ⇒ chọn câu D m N Ho = λNo = Ln2 o A = 2,56.1013Bq ⇒ chọn câu A T A 32 33 232Th 90 39 2D 46 = 47 No ⇒ λ.Δt = ⇒ Δt = T ⇒ chọn câu B e Ln2 → 206 Pb + x He + y 82 + 2D → 3T −1 e ⇒ x = ; y = ⇒ chọn câu D + 1X ⇒ X hạt Proton ⇒ chọn câu B t N Pb No − N No = = − ⇒ T = ⇒ t = 414 ngày ⇒ chọn câu D N N N H = Hoe−λt = Ho 1t ⇒ t = 9936h ⇒ chọn câu B 2T Trang 15 m = m oe−λt = m o 1t ⇒ t = 30 ⇒ chọn câu A 2T 50 m PoNA m A m A Po N Po = = Po Pb = ⇒ Pb = 5.206 = 4,905 ⇒ chọn câu A 51 m Po 210 N Pb m PbNA m Pb APo A Pb 52 Nβ− = ΔN = No − N = No(1 − e−λt ) = m.o N A (1 − ) = 5,27.1023 haït ⇒ chọn câu C A 23 53 Δm = m o − m = m o(1 − e−λt ) = m o(1 − 1t ) ⇒ 984,375 = 1000(1 − 1t ) ⇒ t = 32 năm ⇒ chọn 2T 2T caâu C 54 ΔN = − e−λt = − 1t = − 365 = 97,1% ⇒ chọn câu A No 2T 71,3 Ho = 128H = 128.Ho 1t ⇒ T = 15h ⇒ chọn câu D 2T 55 58 N Mg.A Mg m.N A N Mg = ΔN Na = N o − N = No(1 − e−λt ) = ⇒ m Mg = = m o = 7g ⇒ choïn A NA caâu B 59 1H + Be → He + X + 2,1 MeV hạt α toả lượng 2,1 MeV Vậy NA hạt α ( 4g He ) toả lượng1,26.1024MeV ⇒ chọn câu B 60 Δm = − e−λt = − = 0,75 ⇒ t = 10,54 năm ⇒ chọn câu D t mo 2T 61 E = mc2=10-3.(3.108)2 = 9.1013J ⇒ chọn câu C (m + m n − m H) c2 ΔE = (m o − m)c = P 62 ΔE' = =1,12MeV ⇒ chọn câu A A A A 63 E ΔE = ΔM c2 ⇒ ΔM = Δ2 = 200MeV = 200 u = 0,2148u ⇒ chọn câu B 931 c c2 64 T + D → α + n MO= mT + mD ; M = m α + mn Vì MO > M ⇒ Phản ứng tỏa lượng, lượng toả : Trang 16 ΔE = ΔM c2 = (M O − M) c2 = 18,06MeV ⇒ chọn câu A n + 3Li 65 → T + α + 4,8 MeV Ta coù : NLi = m.NA A Li hạt Li toả lượng 4,8 MeV, NLi hạt Li toả lượng : E = 4,818 1023 MeV ⇒ chọn câu D 66 α+ 14 N → p+O MO= m α + mN ; M = mP + mO Vì MO < M ⇒ Phản ứng thu lượng, lượng thu vào : ΔE = ΔM c2 = (M − Mo) c2 = 1,21 MeV ⇒ chọn câu C 67 E = Eα - EC = (3 m α -mC) c2 = 4,1895 MeV = 6,7.10–13J ⇒ chọn câu A 68 210 Po 84 → α + X v m m αvα = m XvX ⇒ α = X (1) vX m α Định luật bảo toàn động lượng Từ : pα = pX ⇒ pα = p2 ⇒ m αKα = m XK X ⇒ X (1) (2) ⇒ 69 210 Po 84 ⇒ pα = p X ⇒ Kα m X (2) = KX mα Kα v m = α = X ⇒ chọn câu D KX vX m α 210 Po 84 → α+ X ⇔ → He + 206 Pb 82 Định luật bảo toàn lượng : ΔE = Kα + K X = 51,5 MeV (1) Ta coù : 70 Kα m = X = 206 = 51,5 (2) KX mα Từ (1) (2) ⇒ Kα = 2,55MeV ⇒ chọn caâu B 226 Ra → He + 222 X 88 86 Định luật bảo toàn lượng : ΔE = K α + K X (1) Định luật bảo toàn động lượng ⇒ pα = pX ⇒ pα = p2 ⇒ m αKα = m XK X ⇒ K X = X (2) (1) (2) ⇒ ΔE = 4,886 MeV ⇒ chọn câu C 71 1p + Be → He + X r r r r r Định luật bảo toàn động lượng : p p = pα + p X Vì p p ⊥ pα ⇒ p2 = p2 + p2 X p α ⇒ m XK X = m αK α + m pK p ⇔ 6K X = 16 + 5,45 ⇒ K X = 3,575MeV ⇒ chọn câu B 72 0n + Li → T + α + 4,8 MeV ΔE = ΔM c2 = (M O − M) c2 = ( mn + mLi – mT – m α ) c2 = 4,8 MeV Trang 17 m αK α mX ⇒ mLi = 6,0139u ⇒ chọn câu D GV Nguyễn Hữu Lộc Trần Ngọc Lân TT luyện thi đại học CLC Vónh Viễn Trang 18 ... ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác theo sơ đồ: A+B → C+D Trong đó: A B hai hạt nhân tương tác với C D hai hạt nhân tạo thành - Số hạt nhân. .. Phóng xạ α , hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ B Phóng xạ β− hạt nhân tiến ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ C Phóng xạ β+ hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ D... thành hạt nhân nguyên tử khác - Phương trình phản ứng: A → B + C A: hạt nhân mẹ B: hạt nhân gọi hạt nhân C: hạt α β 238 92 U → α + 234 Th 90 CAÙC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN a