CHƯƠNG IX. VẬT LÝ HẠT NHÂN 1. Cấu tạo hạt nhân: o Gồm các Nuclon: Proton (mang điện dương) (Z) và Notron (không mang điện)(N). A = Z +N: số khối (gần bằng khối lượng mol nguyên tử). Kí hiệu: A Z X . 2. Đơn vò khối lượng nguyên tử: (u) 1u = 1 12 (khối lượng 1 nguyên tử 12 6 C ). o m p = m n ≈ 1u; khối lượng electron rất nhỏ coi như bằng 0 o 1u = 931,5Mev/c 2 .(với 1Mev = 1,6.10 -13 J: là đơn vò đo năng lượng). 3. Đồng vò: Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số Z nhưng khác về số N (tức A khác nhau). Ví dụ: Hiđro có 3 đồng vò: 1 1 H (phổ biến), 2 1 D (đơteri), 3 1 T (Triti); Cacbon có 4 đồng vò: 11 6 C , 12 6 C , 13 6 C , 14 6 C 4. Sự phóng xạ: (là trường hợp đặc biệt của phản ứng hạt nhân) 4.1/ Là một quá trình tự phát(nội tại) không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài(tồn tại khách quan không thể điều khiển được). 4.2/ Các tia phóng xạ gồm: o Tia α ( 4 2 He ); o tia β − ( 0 1 e − ); o tia β + ( 0 1 e + : gọi là pozitron); o tia γ (sóng điện từ) . 4.3/ Tính chất các tia phóng xạ: + Tia α : Bò lệch trong điện trường và từ trường, vận tốc khoảng 2.10 7 m/s, làm ion hóa môi trường, tính đâm xuyên yếu. + Tia β − , β + : Bò lệch nhiều trong điện trường và từ trường, vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn α , có khả năng đâm xuyên mạnh hơn α . + Tia γ : Là sóng điện từ có bước sóng ngắn ( 11 10 m λ − < ), không bò lệch trong điện trường và từ trường, tính đâm xuyên rất mạnh, gây nguy hiểm cho con người. Lưu y ù: Khi nghiên cứu phóng xạ β người ta còn phát hiện ra hạt nơtrinô ( ) ν có khối lượng nghỉ bằng 0, chuyển động với tốc độ xấp xỉ ánh sáng, không mang điện. 4.4/ Trong quá trình phóng xạ: chỉ phóng ra 1 trong 3 tia α , β − , β + còn tia γ là tia phóng kèm theo. Tia γ làm năng lượng hạt nhân giảm chứ không làm biến đổi bản chất hạt nhân. 4.5/ Đònh luật phóng xạ: N o (số hạt nhân ban đầu) N (số hạt nhân còn lại sau thời gian phóng xạ t), m o (khối lượng các hạt nhân ban đầu), m (khối lượng các hạt nhân còn lại). t o N N e λ − = hoặc 2 o k N N = ; t o m m e λ − = hoặc 2 o k m m = Trong đó: o λ là hằng số phóng xạ ∈ bản chất hạt nhân. o k = t T là số lần bán rã. o T là chu kì bán rã tức là sau thời gian t =T thì số HN, khối lượng các HN giảm xuống ½ λ = ln2/T = 0,693/T 4.6/ Số hạt nhân bò phân rã: (1 ) t o o N N N N e λ − ∆ = − = − bằng số hạt nhân con được tạo thành Lưu ý: khối lượng các hạt nhân bò phân rã không bằng khối lượng các hạt nhân được tạo thành vì chúng là các hạt nhân có bản chất khác nhau nên độ hụt khối của chúng khác nhau. 4.7/ Độ phóng xạ: t o H H e N λ λ − = = o o H N λ = Đơn vò: 1Bq = 1phân rã/1s (đơn vò chuẩn); 1Ci = 3,7.10 10 Bq. độ phóng xạ tỉ lệ thuận với số hạt nhân tại từng thời điểm (cùng một loại HN nếu số HN càng nhiều thì độ phóng xạ càng lớn). 4.8/ Cách tính số mol: A m N n A N = = với N là tổng số hạt nhân đang tính, N A = 6,023.10 23 số Avogro 5. Các đònh luật bảo toàn dùng trong phản ứng hạt nhân: 5.1/ ĐLBT số khối, điện tích, năng lượng toàn phần, động lượng Lưu ý: o Không có đònh luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng hạt nhân. Tài liệu ơn thi cuối cấp *** GV: Nguyễn Xn cư.TL :0982132457 1 o Số nơtron không được bảo toàn. 5.2/ Năng lượng: gồm năng lượng thông thường (động năng, thế năng ) và năng lượng nghỉ E = mc 2 (khối lượng và năng lượng nghỉ liên quan mật thiết với nhau nhưng chúng là 2 đại lượng khác nhau, khối lượng thay đổi thì năng lượng nghỉ cũng thay đổi, giữa chúng không thể biến đổi qua lại) 5.3/ Động lượng: p mv= ur r là đại lượng vectơ. 1 2 p p p= + ur uur uur ,nếu 1 p uur cùng hướng với 2 p uur thì p = p 1 + p 2 ,nếu ngược hướng thì p = 1 2 p p− ,nếu vuông góc p 2 = p 1 2 + p 2 2 (Pitago), nếu hợp nhau một góc bất kì thì dùng hàm cosin ( 2 2 2 1 2 1 2 2 cosp p p p p α = + − ). 6. Máy gia tốc xiclôtron: là thiết bò tăng tốc các hạt mang điện (proton. α , ion ) dùng làm đạn bắn phá bia để gây ra phản ứng HN nhân tạo. Các hạt mang điện bò lực lorenxo tác dụng đồng thời được hiệu điện thế xoay chiều tăng tốc nên nó có quỹ đạo là đường xoắn ốc (tần số hiệu điện thế xoay chiều bằng với tần số quay của các hạt mang điện). 7. ng dụng các đồng vò phóng xạ: (nhân tạo hoặc tự nhiên): Tìm khuyết tật bên trong sản phẩm, diệt vi khuẩn, chữa bệnh ung thư (bằng tia gamma của coban); phương pháp nguyên tử đánh dấu trong sinh lý học; phương pháp cacbon 14 trong khảo cổ học 8. Độ hụt khối và năng lượng liên kết: 8.1/ o m m m ∆ = − Trong đó: m o tổng khối lượng của các Nuclôn ban dầu khi chưa liên kết với nhau; m khối lượng của HN khi mà các Nuclôn đã liên kết chặt chẽ 0m ∆ > nghóa là sau khi liên kết khối lượng bò hụt tức là có một lượng năng lượng tương ứng tỏa ra khi các Nuclôn rời rạc liên kết với nhau 2 E mc ∆ = ∆ (gọi là năng lượng liên kết) 8.2/ Muốn phá vỡ HN thành các Nuclôn thì phải tốn năng lượng 2 E mc∆ = ∆ để thắng lực HN. 8.3/ Năng lượng liên kết riêng: E A ∆ là năng lượng liên kết tính cho 1 Nuclôn. HN có năng lượng liên kết riêng càng nhỏ thì độ bền càng kém. Khi so sánh độ bền vững các HN ta so sánh năng lượng liên kết riêng. (HN có số khối trung bình là bền vững nhất) 9. Phản ứng HN tỏa và thu năng lượng: A + B → C + D o M M M ∆ = − (độ hụt khối trong phản ứng HN) với: M o = M A + M B (tổng khối lượng các HN trước phản ứng) M = M C + M D (tổng khối lượng các HN sau phản ứng). o Nếu: M∆ > 0 phản ứng tỏa năng lượng(Các HN sau phản ứng bền hơn trước phản ứng). Ngược lại, là phản ứng thu năng lượng (Các HN sau phản ứng kém bền hơn trước phản ứng). o Năng lượng tỏa ra có giá trò 2 0 ( )E M M c ∆ = − o Năng lượng tỏa ra dưới dạng: động năng các HN sau phản ứng; năng lượng tia gamma(nếu có). o Năng lượng thu vào W = 2 0 ( ) ' d M M c W − + trong đó: W’ đ là động năng của các HN sau phản ứng. Lưu ý:không phải là khối lượng biến thành năng lượng nghỉ. * Cách khác để nhận ra phản ứng hạt nhân toả, thu năng lượng: o Nếu C D m m ∆ + ∆ (độ hụt khối của các HN sau phản ứng) > A B m m ∆ + ∆ (độ hụt khối các HN trước phản ứng) thì phản ứng HN tỏa năng lượng và ngược lại thì phản ứng HN thu năng lượng. 10. Đònh luật bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng HN: ' o d d E W E W + = + Trong đó: E o , E là năng lượng nghỉ trước và sau phản ứng. W đ , W đ ’ là động năng của các HN trước và sau phản ứng. Lưu ý: Năng lượng nghỉ có thể biến đổi thành năng lượng thông thường như động năng và ngược lại. 11. Hai loại phản ứng HN tỏa năng lượng: Phân hạch và nhiệt hạch. 11.1/ Nguyên tắc: Các HN có số khối trung bình là bến vững nhất, các HN ở đầu bảng (H,He) có số khối nhỏ hay ở cuối bảng (U,Po) có số khối lớn đều kém bền vững. Tất cả mọi HN đều có xu hướng biến thành HN bền vững vì vậy có hai loại phản ứng tỏa năng lượng. Tài liệu ơn thi cuối cấp *** GV: Nguyễn Xn cư.TL :0982132457 2 11.2/ Phân hạch: Từ một HN rất nặng hấp thụ 1 nơtron chậm (có động năng tương đương với động năng của chuyển động nhiệt, dưới 0,1ev, nó dễ hấp thụ hơn nơtron nhanh) và vỡ thành hai HN có số khối trung bình đồng thời tỏa năng lượng. Vd: 235 1 ' 1 92 0 ' 0 ' 200 A A Z Z U n X X k n Mev + → + + + , một phần nơtron sinh ra bò mất mát do thoát ra ngoài khối U hoặc bò hấp thụ bởi các HN khác sau mỗi sự phân hạch trung bình còn lại k nơtron gọi là hệ số nhân HN. o Nếu k > 1 phản ứng dây chuyền vượt hạn không kiểm soát được (chế tạo bom HN). o Nếu k = 1 phản ứng dây chuyền tới hạn kiểm soát được (dùng trong các nhà máy điện HN). o Nếu k < 1 phản ứng không xẩy ra (dưới hạn ). o Muốn có k ≥ 1 thì khối lượng của khối chất HN phải đạt 1 giá trò tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn m h . Ví dụ: Urani khối lượng tới hạn khoảng 15kg; Plutoni khối lượng tới hạn khoảng 5kg… 11.3 Nhiệt hạch: o Kết hợp 2 HN rất nhẹ thành một HN nặng hơn, nhưng nó chỉ xẩy ra ở một nhiệt độ rất cao khoảng 100 triệu độ (khi đó các HN nhẹ có động năng đủ lớn để thắng lực đẩy culong và tiến lại gần nhau) vd: 2 3 4 1 1 1 2 0 17,6H H He n Mev + → + + . o Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ: 1 4 0 1 2 1 4 2 26,8H He e Mev → + + . o Trước kia con người chỉ mới thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng nổ bom khinh khí(bom Hiđrô) không kiểm soát được. Hiện tại con người có thể kiểm soát được một số phản ứng nhiệt hạch Nếu điều khiển được phản ứng nhiệt hạch thì sẽ có một nguồn năng lượng rất lớn sử dụng vào mục đích hòa bình. 11.4/ Ưu điểm của phản ứng nhiệt hạch so với phân hạch: Tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhiều hơn phản ứng phân hạch; Nhiên liệu nhiệt hạch hình như vô tận; phản ứng nhiệt hạch sạch hơn phản ứng phân hạch. CÁC DẠNG BÀI TẬP D¹ng 1 HiƯn t ỵng phãng x¹ h¹t nh©n nguyªn tư 1. Ph¬ng ph¸p - Ph¬ng tr×nh phãng x¹ h¹t nh©n nguyªn tư cã d¹ng: A B C→ + a) T×m sè nguyªn tư cßn l¹i ë thêi ®iĨm t: Gäi N lµ sè nguyªn tư cßn l¹i ë thêi ®Øªm t. ¸p dơng ®Þnh lt phãng x¹, ta cã: ln 2 . .ln 2 0 0 0 0 . . . 2 t t k T k N N N e N e N e λ − − − = = = = Trong ®ã: N 0 lµ sè nguyªn tư ban ®Çu; k lµ h»ng sè phãng x¹ ( ln 2 0,693 T T λ = = ); t k T = . b) T×m sè nguyªn tư ph©n r· sau thêi gian t: Ta cã: . . 0 0 0 0 0 0 0 . 1 1 1 . (1 ) (1 ) (1 ) 2 t t t k t t e N N N N N e N e N N N e e λ λ λ λ λ − − − ∆ = − = − = − = − = − = NÕu t << T 1 t e λ ⇔ << , ta cã: 0 0 (1 1 )N N t N t λ λ ∆ ≈ − + = c) T×m khèi lỵng cßn l¹i ë thêi ®iĨm t: Gäi m lµ khèi lỵng cßn l¹i ë thêi ®iĨm t, ta cã: 0 0 . 2 t k m m m e λ − = = d) T×m khèi lỵng ph©n ra sau thêi gian t: 0 0 0 1 (1 ) (1 ) 2 t k m m m m e m λ − ∆ = − = − = − e) X¸c ®Þnh ®é phãng x¹: §é phãng x¹ H ®ỵc x¸c ®Þnh: 0 0 . . . t t H N N e H e λ λ λ λ − − = = = Ngoµi ra, ta cã thĨ sư dơng: dN H dt = − ; Trong ®ã H 0 lµ ®é phãng x¹ ban ®Çu. 1Ci = 3,7.10 10 Bq; 1Bq = 1 ph©n r·/gi©y. f) TÝnh ti cđa mÉu vËt: Ta cã thĨ dùa vµo c¸c ph¬ng ph¸p: + Dùa theo ®é phãng x¹. + Dùa theo tØ lƯ khèi lỵng cđa chÊt sinh ra vµ khèi lỵng cđa chÊt phãng x¹ cßn l¹i. + Dùa theo tØ sè gi÷a hai chÊt phãng x¹ cã chu k× kh¸c nhau. 2. bµi tËp Tài liệu ơn thi cuối cấp *** GV: Nguyễn Xn cư.TL :0982132457 3 Bài 1: Một chất phóng xạ có chu kì bán rã T = 10s, lúc đầu có độ phóng xạ H 0 = 2.10 7 Bq. a) Tính hằng số phóng xạ. b) Tính số nguyên tử ban đầu. c) Tính số nguyên tử còn lại và độ phóng xạ sau thời gian 30s. Đ/S: a. 0,0693 s -1 ; b. N 0 = 2,9.10 8 ; c. N = 3,6.10 7 ; H = 2,5.10 6 Bq Bài 2: Dùng 21 mg chất phóng xạ 210 84 Po . Chu kì bán rã của Poloni là 140 ngày đêm. Khi phóng xạ tia , Poloni biến thành chì (Pb). a. Viết phơng trình phản ứng. b. Tìm số hạt nhân Poloni phân rã sau 280 ngày đêm. c. Tìm khối lợng chì sinh ra trong thời gian nói trên. Đ/S: b. 4,515.10 19 ; c.15,45mg Bài 3: Chu kì bán rã của 226 88 Ra là 1600 năm. Khi phân rã, Ra di biến thành Radon 222 86 Rn . a. Radi phóng xạ hạt gì? Viết phơng trình phản ứng hạt nhân. b. Lúc đầu có 8g Radi, sau bao lâu thì còn 0,5g Radi? Đ/S: t = 6400 năm Bài 4: Đồng vị 24 11 Na là chất phóng xạ tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu 24 11 Na có khối lợng ban đầu là m 0 = 0,24g. Sau 105 giờ, độ phóng xạ của nó giảm đi 128 lần. Cho N A = 6,02.10 23 a. Viết phơng trình phản ứng. b. Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu ( tính ra Bq). c. Tìm khối lợng magiê tạo thành sau 45 giờ. Đ/S: b. T = 15 (giờ), H 0 = 7,23.10 16 (Bq); c. m Mg = 0,21g Bài 5: Khi phân tích một mẫu gỗ, ngời ta xác định đợc rằng 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ 14 6 C đã bị phân rã thành các nguyên tử 14 7 N . Xác định tuổi của mẫu gỗ này. Biết chu kì bán rã của 14 6 C là 5570 năm. Đ/S: t = 16710 năm Bài 6: Đầu năm 1999 một phòng thí nghiệm mua một nguồn phóng xạ Xêsi 137 55 Cs có độ phóng xạ H 0 = 1,8.10 5 Bq. Chu kì bán rã của Xêsi là 30 năm. a. Phóng xạ Xêsi phóng xạ tia . Viết phơng trình phân rã. b. Tính khối lợng Xêsi chứa trong mẫu. c. Tìm độ phóng xạ của mẫu vào năm 2009. d. Vào thời gian độ phóng xạ của mẫu bằng 3,6.10 4 Bq. Đ/S: b. m 0 = 5,6.10 -8 g; c. H = 1,4.10 5 Bq; d. t = 69 năm Bài 7: Ban đầu, một mẫu Poloni 210 84 Po nguyên chất có khối lợng m 0 = 1,00g. Các hạt nhân Poloni phóng xạ hạt và biến thành hạt nhân A Z X . a. Xác định hạt nhân A Z X và viết phơng trình phản ứng. b. Xác định chu kì bán rã của Poloni phóng xạ, biết rằng trong 1 năm (365 ngày) nó tạo ra thể tích V = 89,5 cm 3 khí Hêli ở điều kiện tiêu chuẩn. c. Tính tuổi của mẫu chất trên, biết rằng tại thời điểm khảo sát tỉ số giữa khối lợng A Z X và khối lợng Poloni có trong mẫu chất là 0,4. Tính các khối lợng đó. Đ/S: a. 206 82 Pb ; b. T = 138 ngày; c. t = 68,4 ngày; m Po = 0,71g; m Pb = 0,28g Bài 8: Để xác định máu trong cơ thể một bệnh nhân, bác sĩ tiêm vào máu ngời đó 10 cm 3 một dung dịch chứa 24 11 Na (có chu kì bán rã 15 giờ) với nồng độ 10 -3 mol/lít. a. Hãy tính số mol (và số gam) Na24 đã đa vào trong máu bệnh nhân. b. Hỏi sau 6 giờ lợng chất phóng xạ Na24 còn lại trong máu bệnh nhân là bao nhiêu? c. Sau 6 giờ ngời ta lấy ra 10 cm 3 máu bệnh nhân và đã tìm thấy 1,5.10 -8 mol của chất Na24. Hãy tính thể tích máu trong cơ thể bệnh nhân. Giả thiết rằng chất phóng xạ đợc phân bố trong toàn bộ thể tích máu bệnh nhân. Đ/S: a. n = 10 -5 mol, m 0 = 2,4.10 -4 g; b. m = 1,8.10 -4 g; c. V = 5lít Dạng 2 Xác định nguyên tử số và số khối của một hạt nhân x 1. Phơng pháp - Phơng trình phản ứng hạt nhân: 3 1 2 4 1 2 3 4 A A A A Z Z Z Z A B C D+ + - áp dụng định luật bảo toàn điện tích hạt nhân (định luật bảo toàn số hiệu nguyên tử): Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4 - áp dụng định luật bảo số khối: A 1 + A 2 = A 3 + A 4 2. bài tập Ti liu ụn thi cui cp *** GV: Nguyn Xuõn c.TL :0982132457 4 Bài 1: Viết lại cho đầy đủ các phản ứng hạt nhân sau đây: 10 8 5 4 23 20 11 10 37 18 ) ) ) a B X Be b Na p Ne X c X p n Ar + + + + + + Bài 2: Cho phản ứng hạt nhân Urani có dạng: 238 206 92 82 . .U Pb x y + + a) Tìm x, y. b) Chu kì bán rã của Urani là T = 4,5.10 9 năm. Lúc đầu có 1g Urani nguyên chất. + Tính độ phóng xạ ban đầu và độ phóng xạ sau 9.10 9 năm của Urani ra Béccơren. + Tính số nguyên tử Urani bị phân rã sau 1 năm. Biết rằng t <<T thì 1 t e t ; coi 1 năm bằng 365 ngày. Bài 3: Dùng prôtôn bắn phá hạt nhân 60 28 Ni ta đợc hạt nhân X và một nơtron. Chất X phân rã thành chất Y và phóng xạ . Viết phơng trình phản ứng xảy ra và xác định các nguyên tố X và Y. Bài 4: a. Cho biết cấu tạo của hạt nhân nhôm 27 13 Al . b. Bắn phá hạt nhân nhôm bằng chùm hạt Hêli, phản ứng sinh ra hạt nhân X và một Nơtron. Viết phơng trình phản ứng và cho biết cấu tạo của hạt nhân X. c. Hạt nhân X là chất phóng xạ + . Viết phơng trình phân rã phóng xạ. Dạng 3 Xác định năng l ợng 1. Phơng pháp a) Xác định năng lợng liên kết và năng lợng liên kết riêng: + Tính độ hụt khối: 0 . ( ). p n m m m Z m A Z m m = = + . + Năng lợng liên kết hạt nhân: 2 2 0 0 ( ). . lk W E E m m c m c= = = . + Năng lợng liên kết riêng: Lập tỉ số : Năng lợng liên kết riêng lk W A = . * Chú ý: NLLK riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. b) Năng lợng phản ứng hạt nhân: Xét phản ứng hạt nhân A B C D+ + + Tính độ chênh lệch khối lợng của các hạt nhân trớc và sau phản ứng 0 ( ) ( ) A B C D m m m m m m m = = + + Trong đó: m 0 = m A + m B là khối lợng của các hạt nhân trớc phản ứng. m = m C + m D là khối lợng của các hạt nhân sau phản ứng. * Nếu m 0 > m thì phản ứng toả năng lợng. Năng lợng toả ra là: W toả = (m 0 m).c 2 = 2 .m c . * Nếu m 0 < m thì phản ứng thu năng lợng. Năng lợng thu vào là: W thu = -W toả = (m m 0 ).c 2 . + Muốn thực hiện phản ứng thu năng lợng, ta phải cung cấp cho các hạt A và B một năng lợng W dới dạng động năng (bằng cách bắn A vào B). Giả sử các hạt sinh ra có tổng động năng là W đ . Vậy năng lợng cần phải cung cấp W thoả mãn điều kiện: W = W đ + W thu = W đ + (m m 0 ).c 2 Chú ý: 1u.c 2 = 931,5 MeV; 1eV = 1,6.10 -19 J; 1u = 1,66055.10 -27 kg. 2. bài tập Bài 1: Tìm độ hụt khối và năng lợng liên kết của hạt nhân Liti 7 3 Li . Biết khối lợng nguyên tử Liti , nơtron và prôtôn có khối lợng lần lợt là: m Li = 7,016005u; m n = 1,008665u và m p = 1,007825u. Đ/S: 0,068328 ; 63,613368 lk m u W MeV = = Bài 2: Cho phản ứng hạt nhân: 1 9 4 1 4 2 2,1H Be He X MeV+ + + a) Xác định hạt nhân X. b) Tính năng lợng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp 2 gam Hêli. Biết số Avôgađrô N A = 6,02.10 23 . Đ/S: a. X 7 3 Li= ; b. W toả = N.2,1 = 6,321.10 23 MeV Bài 3: Cho phản ứng hạt nhân: 23 20 11 10 X Na Ne + + a) Xác định hạt nhân X. b) Phản ứng trên toả hay thu năng lợng? Tính độ lớn của năng lợng toả ra hay thu vào? Cho biết m X = 1,0073u; m Na = 22,9837u; m Ne = 19,9870u; m He = 4,0015u 1u = 1,66055.10 -27 kg = 931MeV/c 2 . Đ/S: a. X 1 1 ;H= b. W toả = 2,3275 MeV Bài 4: Cho biết : 4 16 1 4,0015 ; 15,999 ; 1,007276 ; 1,008667 n He O H m u m u m u m u= = = = . Hãy sắp xếp các hạt nhân 4 16 12 2 8 6 ; ;He O C theo thứ tự tăng dần của độ bền vững. Ti liu ụn thi cui cp *** GV: Nguyn Xuõn c.TL :0982132457 5 Bài 5: Xét phản ứng hạt nhân sau: 2 3 4 1 1 1 2 0 D T He n+ + . Biết độ hụt khối khi tạo thành hạt nhân 2 3 4 1 1 2 ; ;D T He lần lợt là 0,0024 ; 0,0087 ; 0,0305 D T He m u m u m u = = = . Phản ứng trên toả hay thu năng lợng? Năng lợng toả ra hay thu vào bằng bao nhiêu? Dạng 4 Xác định vận tốc, động năng, động l ợng của hạt nhân 1. Phơng pháp a) Vận dụng định luật bảo toàn năng lợng toàn phần: NLTP = NLN + ĐN E T + W đ trớc = E S + W đ sau Trong đó: E 0 , E là năng lợng nghỉ của hạt nhân trớc và sau phản ứng. W đ trớc , W đ sau lần lợt là động năng của hạt nhân trớc và sau phản ứng. b) Vận dụng định luật bảo toàn động lợng: p = ur Const tr s p p = ur ur c) Mối quan hệ giữa động năng và động lợng: p = m.v; W đ = 2 2 1 2. . 2 mv p m = W đ 2. bài tập Bài 1: Ngời ta dung một hạt prôtôn có động năng W p = 1,6MeV bắn vào một hạt nhân đang đứng yên 7 3 Li và thu đợc hai hạt giống nhau có cùng động năng. a) Viết phơng trình phản ứng hạt nhân. Ghi rõ nguyên tử số Z và số khối A của hạt nhân sản phẩm. b) Tính động năng của môĩ hạt. Biết rằng khối lợng hạt nhân: 1,0073 ; 7,0144 ; 4,0015 p Li X m u m u m u= = = và đơn vị khối lợng nguyên tử 1u = 1,66055.10 -27 kg = 931 MeV/c 2 . Đ/S: W He = 9,5MeV Bài 2: Ngời ta dùng một hạt prôtôn bắn phá hạt nhân Beri đang đứng yên. Hai hạt nhân sinh ra là Hêli và hạt nhân X: 9 4 p Be X + + . 1. Viết đầy đủ phản ứng hạt nhân. X là hạt nhân gì? 2. Biết rằng prôtôn có động năng W p = 5,45MeV; Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc của prôtôn và có động năng W He = 4MeV. Tính động năng của X. 3. Tìm năng lợng mà phản ứng toả ra. Chú ý: Ngời ta không cho khối lợng chính xác của các hạt nhân nhng có thể tính gần đúng khối lợng của một hạt nhân đo bằng đơn vị u có giá trị gần bằng số khối của nó. Đ/S: a. 6 3 X Li= ; b. W X = 3,575MeV; c. 2,125E MeV = Bài 3: Hạt nhân Urani phóng xạ ra hạt . a) Tính năng lợng toả ra (dới dạng động năng của các hạt). Cho biết m(U234) = 233,9904u; m(Th230) = 229,9737u; m(He4) = 4,0015u và 1 u = 1,66055.10 -27 kg. b) Tính động năng của hạt Hêli. c) Động năng của hạt Hêli chỉ bằng 13 MeV, do có bức xạ gamma phát ra. Tính bớc sóng của bức xạ gamma. Đ/S: a) 11 0,227.10E J = ; b) W He = 13,95MeV; c) 12 1,31.10 m = Bài 4: Băn một hạt Hêli có động năng W He = 5MeV vào hạt nhân X đang đứng yên ta thu đợc một hạt prôtôn và hạt nhân 17 8 O . a) Tìm hạt nhân X. b) Tính độ hụt khối của phản ứng. Biết m p = 1,0073u; m He = 4,0015u; m X = 13,9992u và m O = 16,9947u. c) Phản ứng này thu hay toả năng lợng? Năng lợng toả ra hay thu vào là bao nhiêu? d) Biết prôtôn bay ra theo hớng vuông góc với hạt nhân 17 8 O và có động năng là 4MeV. Tìm động năng và vận tốc của hạt nhân 17 8 O và góc tạo bởi của hạt nhân 17 8 O so với hạt nhân Hêli. Dạng 5 Nhà máy điện nguyên tử hạt nhân 1. Phơng pháp + Hiệu suất nhà máy: (%) ci tp P H P = + Tổng năng lợng tiêu thụ trong thời gian t: A = P tp . t + Số phân hạch: . tp P t A N E E = = (Trong đó E là năng lợng toả ra trong một phân hạch) + Nhiệt lợng toả ra: Q = m. q. 2. bài tập Bài 1: Xét phản ứng phân hạch Urani 235 có phơng trình: 235 95 139 92 42 57 2. 7.U n Mo La n e + + + + Tính năng lợng mà một phân hạch toả ra. Biết m U235 = 234,99u; m Mo = 94,88u; m La = 138,87u. Bỏ qua khối l- ợng của êlectron. Đ/S: 214MeV Ti liu ụn thi cui cp *** GV: Nguyn Xuõn c.TL :0982132457 6 Bài 2: Một hạt nhận Urani 235 phân hạch toả năng lợng 200MeV. Tính khối lợng Urani tiêu thụ trong 24 giờ bởi một nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000KW. Biết hiệu suất nhầmý là 17%. Số Avôgađrô là N A = kmol -1 . Đ/S: m =31 g Bài 3: Dùng một prôtôn có động năng 2MeV bắn vào hạt nhân 7 3 Li đứng yên, ta thu đợc hai hạt giống nhau có cùng động năng. a) Viết phơng trình phản ứng. b) Tìm động năng mỗi hạt sinh ra. c) Tính góc hợp bởi phơng chuyển động của hai hạt nhân vừa sinh ra. Cho m H = 1,0073u; m Li = 7,0144u; m He = 4,0015u; 1u = 931MeV/c 2 . Bài 4: Chu kì bán rã của Urani 238 là 4,5.10 9 năm. 1) Tính số nguyên tử bị phân rã trong một gam Urani 238. 2) Hiện nay trong quặng Uran thiên nhiên có lẫn U238 và U235 theo tỉ lệ là 140:1. Giả thiết rằng ở thời điểm hình thành trái đất, tỉ lệ trên là 1:1. Tính tuổi trái đất. Biết chu kì bán rã của U235 là 7,13.10 8 năm. Biết 1 x x e x << . Đ/S: a. 39.10 10 (nguyên tử); b. t = 6.10 9 năm Bài 5: Tính tuổi của một cái tợng gỗ, biết rằng độ phóng xạ của nó bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng khối lợng và vừa mới chặt. Đ/S: 2100 năm Bài 6: Dùng một máy đếm xung để tìm chu kì bán rã của một chất phóng xạ. Trong cùng khoảng thời gian đếm t , lúc bắt đầu ngời ta thấy có 6400 phân rã thì 6 giờ sau đếm lại số phân rã chỉ là 100 trong cùng khoảng thời gian t này. Hãy tìm ckì bán rã của chất phóng xạ này. LG Bài 6 + Gọi N 1 là số nguyên tử còn lại lúc t 1 (bắt đầu đếm): 1 1 0 .2 t T N N = . Sau thời gian t , số nguyên tử còn lại là: 1 ' 1 0 .2 t t T N N + = . Số nguyên tử còn lại trong khoảng thời gian t là: 1 1 1 1 0 ' .2 (1 2 ) t t T T N N N N = = + Tơng tự, sau khoảng thời gian đếm t lúc t 2 = t 1 + 6giờ, ta có: 2 2 0 .2 (1 2 ) t t T T N N = . + Lập tỉ số: 6/ 6 1 2 6400 2 2 1 100 T N T h N = = = = Ti liu ụn thi cui cp *** GV: Nguyn Xuõn c.TL :0982132457 7 . động năng tương đương với động năng của chuyển động nhiệt, dưới 0,1ev, nó dễ hấp thụ hơn nơtron nhanh) và vỡ thành hai HN có số khối trung bình đồng thời tỏa năng lượng. Vd: 235 1 ' 1 92