Vật lý hạt nhân lý thuyết và bài tập

VẬT LÝ HẠT NHÂN A. LÝ THUYẾT CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn + Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn. Có hai loại nuclôn: prôton, kí hiệu p, khối lượng m p = 1,67262.10 -27 kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e, và nơtron kí hiệu n, khối lượng m n = 1,67493.10 -27 kg, không mang điện. Prôtôn chính là hạt nhân nguyên tử hiđrô. + Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn; Z được gọi là nguyên tử số. Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Như vậy số nơtron trong hạt nhân là: N = A – Z. + Kí hiệu hạt nhân: X A Z . Nhiều khi, để cho gọn, ta chỉ cần ghi số khối, vì kí hiệu hóa học đã xác định Z rồi. + Kích thước hạt nhân: nếu coi hạt nhân như một quả cầu bán kính R thì R phụ thuộc vào số khối theo công thức gần đúng: R = 1,2.10 -15 A 3 1 m. * Đồng vị Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn), nhưng có số nơtron N khác nhau. Các đồng vị còn được chia làm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Trong thiên nhiên có khoảng gần 300 đồng vị bền; ngoài ra người ta còn tìm thấy vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. * Đơn vị khối lượng nguyên tử Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u. Một đơn vị u có giá trị bằng 12 1 khối lượng của đồng vị cacbon 12 6 C. 1u = 1,66055.10 -27 kg. Khối lượng của một nuclôn xấp xĩ bằng u. Nói chung một nguyên tử có số khối A thì có khối lượng xấp xĩ bằng A.u. * Khối lượng và năng lượng Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = mc 2 . Từ hệ thức Anhxtanh suy ra m = 2 c E chứng tỏ khối lượng có thể đo bằng đơn vị của năng lượng chia cho c 2 , cụ thể là eV/c 2 hay MeV/c 2 . Theo lí thuyết của Anhxtanh, một vật có khối lượng m 0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với: m = 2 2 0 1 c v m − trong đó m 0 được gọi là khối lượng nghỉ và m gọi là khối lượng động. * Lực hạt nhân Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn lại với nhau. Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn. So với lực điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) và chỉ tác dụng khi hai nuclôn cách nhau một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân (khoảng 10 -15 m). * Độ hụt khối và năng lượng liên kết + Độ hụt khối của một hạt nhân là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân và khối lượng hạt nhân đó: ∆m = Zm p + (A – Z)m n – m hn + Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng toả ra khi các nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân và đó cũng chính là năng lượng cần cung cấp để phá vở hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ : W lk = ∆m.c 2 . + Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn ( A W lk ) gọi là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân, đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. 1 PHÓNG XẠ * Hiện tượng phóng xạ Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, … Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ là hạt nhân mẹ và hạt nhân phân rã là hạt nhân con. * Các tia phóng xạ : + Tia α: là chùm hạt nhân hêli 4 2 He, gọi là hạt α, được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10 7 m/s. Tia α làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh. Vì vậy tia α chỉ đi được tối đa 8cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1mm. + Tia β: là các hạt phóng xạ phóng ra với vận tốc rất lớn, có thể đạt xấp xĩ bằng vận tốc ánh sáng. Tia β cũng làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia α. Vì vậy tia β có thể đi được quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày cỡ vài mm. Có hai loại tia β: - Loại phổ biến là tia β - . Đó chính là các electron (kí hiệu 0 1− e). - Loại hiếm hơn là tia β + . Đó chính là pôzitron, hay electron dương (kí hiệu 0 1+ e, có cùng khối lượng như electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương. + Tia γ: là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10 -11 m), cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy tia γ có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β. Trong phân rã α và β, hạt nhân con có thể ở trong trạng thái kích thích và phóng xạ ra tia γ để trở về trạng thái cơ bản. * Định luật phóng xạ : Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm. Các công thức biểu thị định luật phóng xạ: N(t) = N o T t− 2 = N o e - λ t và m(t) = m o T t− 2 = m o e - λ t . Với λ = TT 693,02ln = gọi là hằng số phóng xạ; T gọi là chu kì bán rã: sau khoảng thời gian T số lượng hạt nhân chất phóng xạ còn lại 50% (50% số lượng hạt nhân bị phân rã). * Độ phóng xạ : Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ tại thời điểm t bằng tích của hằng số phóng xạ và số lượng hạt nhân phóng xạ chứa trong lượng chất phóng xạ vào thời điểm đó. H = λN = λN o e - λ t = H o e - λ t = H o T t− 2 Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ giảm theo thời gian theo cùng quy luật hàm mũ giống như số hạt nhân (số nguyên tử) của nó. Đơn vị độ phóng xạ là beccơren (Bq): 1Bq = 1phân rã/giây. Trong thực tế người ta còn dùng một đơn vị khác là curi (Ci): 1Ci = 3,7.10 10 Bq; xấp xĩ bằng độ phóng xạ của một gam rađi. * Đồng vị phóng xạ Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong thiên nhiên, gọi là đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta cũng chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo thường thấy thuộc loại phân rã β và γ. Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. Ứng dụng: Đồng vị 60 27 Co phóng xạ tia γ dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ nông sản, chữa ung thư. Các đồng vị phóng xạ 1+A Z X được gọi là nguyên tử đánh dấy, cho phép ta khảo sát sự tồn tại, sự phân bố, sự vận chuyển của nguyên tố X. Phương pháp nguyên tử đáng dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong sinh học, hóa học, y học, . Đồng vị cacbon 14 6 C phóng xạ tia β - có chu kỳ bán rã 5730 năm được dùng để định tuổi các vật cổ. 2 PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. + Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác. - Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B → C + D Trong trường hợp phóng xạ: A → B + C * Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân + Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ): Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm. * Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. Gọi m o = m A + m B và m = m C + m D . Ta thấy m 0 ≠ m. + Khi m 0 > m: Phản ứng tỏa ra một năng lượng: W = (m 0 – m)c 2 . Năng lượng tỏa ra này thường gọi là năng lượng hạt nhân. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. + Khi m 0 < m: Phản ứng không thể tự nó xảy ra. Muốn cho phản có thể xảy ra thì phải cung cấp cho các hạt A và B môt năng lượng W dưới dạng động năng. Vì các hạt sinh ra có động năng W đ nên năng lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m 0 )c 2 + W đ . Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra kém bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. * Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng + Hai hạt nhân rất nhẹ (có số khối A < 10) như hiđrô, hêli, … kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Vì sự tổng hợp hạt nhân chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch. + Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mãnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ). Phản ứng này gọi là phản ứng phân hạch. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH * Sự phân hạch Dùng nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) có năng lượng cở 0,01eV bắn vào 235 U ta có phản ứng phân hạch: 1 0 n + 135 92 U → 1 1 A Z X 1 + 2 2 A Z X 2 + k 1 0 n Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều có hơn hai nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân. * Phản ứng phân hạch dây chuyền + Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền. + Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: Muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron) - Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra. - Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được. - Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được. Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m th . Với 235 U thì m th vào cỡ 15kg; với 239 U thì m th vào cỡ 5kg. 3 * Lò phản ứng hạt nhân. Nhà máy điện hạt nhân Phản ứng hạt nhân dây chuyền tự duy trì, có điều khiển, được thực hiện trong thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân. Trong phần lớn các lò phản ứng nhiên liệu phân hạch là 235 U hay 238 Pu. Để đảm bảo cho k = 1, trong các lò phản ứng người ta dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron. Bộ phân chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt sơ cấp, sau khi chạy qua vùng tâm lò, sẽ chảy qua bộ trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi. Hơi nước làm chạy tua bin phát điện giống như trong các nhà máy điện thông thường. * Phản ứng nhiệt hạch Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn thì có năng lượng tỏa ra. Ví dụ: 2 1 H + 2 1 H → 3 2 He + 1 0 n + 4MeV. Phản ứng kết hợp hạt nhân chỉ xảy ra ở nhiệt đô rất cao nên mới gọi là phản ứng nhiệt hạch. * Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ Phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao là nguồn gốc năng lượng của chúng. * Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất Trên Trái Đất, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được. Đó là sự nổ của bom nhiệt hạch hay bom H (còn gọi là bom hiđrô hay bom khinh khí). Vì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch rất nhiều, và vì nhiên liệu nhiệt hạch có thể coi là vô tận trong thiên nhiên, nên một vấn đề quan trọng đặt ra là: làm thế nào để thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được, để đảm bảo cung câó năng lượng lâu dài cho nhân loại. B. CÁC DẠNH TOÁN THƯỜNG GẶP Dạng 1: Xác định các đại lượng của sự phóng xạ • n = = A N N = 22,4 V N A = 6,023.10 23 (nt/mol) : hằng số Avogadro • N = n.N A = A N A m N,m: số nguyên tử và khối lượng còn lại của chất phóng xạ • m = m 0 .e -λt = m 0 . N 0 ,m 0 : số nguyên tử và khối lượng ban đầu của chất phóng xạ • N = N 0 .e -λt = n 0 . • H = - = - N’ = λN H: độ phóng xạ • H = H 0 .e -λt = H 0 . • TT 693,02ln == λ λ : hằng số phóng xạ 4 Chất phóng xạ và chất tạo thành • Lưu ý rằng có bao nhiêu hạt phóng xạ thì có bấy nhiêu hạt tạo thành. • Số hạt đã phóng xạ (chính là số hạt tạo thành) được tính: ΔN = N 0 – N = N 0 (1 - ) = N 0 (1 - e -λt ) • Khối lượng đã phóng xạ được tính: Δm = m 0 – m = m 0 (1 - ) = m 0 (1 - e -λt ) • Tỉ số số hạt chất còn lại trên số hạt chất tạo thành: = ( )/(1 - ). • Tỉ số khối lượng chất còn lại trên khối lượng chất tạo thành: = . 1 2 A A Bài toán hai chất phóng xạ với chu kì bán rã khác nhau Phương pháp giải: • Viết biểu thức số hạt hoặc khối lượng còn lại của các chất phóng xạ • Thiết lập tỉ số của số hạt hoặc khối lượng các chất phóng xạ • Tìm yêu cầu bài toán • Dùng công thức 2 2 log x b b x= → = 5 Dạng 2: Cấu trúc hạt nhân. Năng lượng liên kết Phản ứng thu _ tỏa năng lượng Cấu trúc hạt nhân. Năng lượng liên kết • Số proton trong hạt nhân: Z • Số nuclon: A • Số notron: A - Z • Độ hụt khối: Δm = Zm p + Nm n – m = Zm p + (A - Z)m n – m • Độ hụt khối của notron bằng không ( Δm n = 0 ) • Năng lượng liên kết: W lk = ∆m.c 2 . • Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn gọi là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân W 0 = A W lk Phản ứng thu _ tỏa năng lượng • Xét phản ứng : C+ D → X + Y + m T = m C + m D + m s = m X + m Y • Năng lượng phản ứng Wpư = (m T – m S )c 2 • m T > ms → phản ứng tỏa năng lượng • m T < ms → phản ứng thu năng lượng • Năng lượng phản ứng Wpư = (Δm S – Δm T )c 2 Δm s : Độ hụt khối các hạt nhân sau phản ứng Δm T : Độ hụt khối các hạt nhân trước phản ứng • Năng lượng phản ứng Wpư = (A X W 0X + A Y W 0Y ) – ( A C W 0C + A D W 0D ) A : số khối W 0 : năng lượng liên kết riêng 6 Dng 3: nh lut bo ton nng lng ng lng I. nh lut bo ton nng lng Nng lng ht nhõn: + Nng lng ngh: mc 2 + ng nng: K = 1 2 mv 2 Xột phn ng : C+ D X + Y + DDLBTNL : T S W W= W C + W D = W X + W Y m c c 2 + K C + m D c 2 + K D = m X c 2 + K X + m Y c 2 + K Y [(m C + m D ) ( m X + m Y )]c 2 = (K X + K Y ) (K C + K D ) W p = K S - K T II. nh lut bo ton ng lng ng lng P mv= ur r LBT ng lng T S P P= uur uur C D X Y P P P P+ = + uur uur uur uur Ht nhõn ng yờn: v= 0, K = 0, P = 0 Mi quan h K,P: P 2 = 2mK Dựng qui tc HBH nh lý cosin tam giỏc : ( ) 2 2 2 2 cos ;c a b ab a b= + C. BAỉI TAP Tệẽ LUAN 1. Ht nhõn heli cú 4,0015u. Tớnh nng lng liờn kt v nng lng liờn kt riờng ca ht nhõn hờli. Tớnh nng lng ta ra khi tao thnh 1g hờli. Cho bit khi lng ca prụton v ntron l m p = 1,007276u v m n = 1,008665u; 1u = 931,5MeV/c 2 v s avụgarụ l N A = 6,022.10 23 mol -1 . 2. Tớnh nng lng liờn kt riờng ca hai ht nhõn He 23 11 v Fe 56 26 . Ht nhõn no bn vng hn ? Cho m Na = 22,983734u ; m Fe = 55,9207u m n = 1,008665u ; m p = 1,007276u. 3. Pụlụni Po 210 84 l nguyờn t phúng x , cú chu kỡ bỏn ró 138 ngy, nú phúng ra 1 ht v bin i thnh ht nhõn con X. a) Vit phng trỡnh phn ng. Nờu cu to, tờn gi ca ht nhõn X. b) Mt mu pụlụni nguyờn cht cú khi lng ban u 0,01g. Tớnh phúng x ca mu cht trờn sau 3 chu kỡ bỏn ró. 4. Ht nhõn C 14 6 l mt cht phúng x, nú phúng x ra tia - cú chu kỡ bỏn ró l 5730 nm. a) Vit phng trỡnh ca phn ng phõn ró. b) Sau bao lõu lng cht phúng x ca mt mu ch cũn bng 1/8 lng cht phúng x ban u ca mu ú. c) Trong cõy ci cú cht phúng x C 14 6 . phúng x ca mt mu g ti v mt mu g c i cựng khi lng ln lt l 0,25Bq v 0,215Bq. Tớnh tui ca mu g c i. 5. Phn ng phõn ró ca urani cú dng: U 238 92 Pb 206 82 + x + y - . a) Tớnh x v y. b) Chu kỡ bỏn ró ca U 238 92 l 4,5.10 9 nm. Lỳc u cú 1g U 238 92 nguyờn cht. Tớnh phúng x ban u, phúng x sau 9.10 9 nm v s nguyờn t U 238 92 b phõn ró sau 5.10 9 nm. 6. Coban ( Co 60 27 ) phúng x - vi chu k bỏn ró 5,27 nm v bin i thnh niken (Ni). Vit phng trỡnh phõn ró v nờu cu to ca ht nhõn con. Hi sau bao lõu thỡ 75% khi lng ca mt khi cht phúng x Co 60 27 phõn ró ht. 7. Pht pho ( P 32 15 ) phúng x - vi chu k bỏn ró T = 14,2 ngy v bin i thnh lu hunh (S). Vit phng trỡnh ca s phúng x ú v nờu cu to ca ht nhõn lu hunh. Sau 42,6 ngy k t thi im ban u, khi lng ca mt khi cht phúng x P 32 15 cũn li l 2,5g. Tớnh khi lng ban u ca nú. 7 8. Tìm năng lượng toả ra khi một hạt nhân urani 234 U phóng xạ tia α tạo thành đồng vị thori 230 Th. Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là7,10MeV; của 234 U là 7,63MeV; của 230 Th là 7,70MeV. 9. Hạt nhân triti (T) và đơteri (D) tham gia phản ứng nhiệt hạch sinh ra hạt nhân X và hạt nơtron. Viết phương trình phản ứng và tìm năng lượng toả ra từ phản ứng. Cho biết độ hụt khối của hạt nhân triti là ∆m T = 0,0087u, của hạt nhân đơteri là ∆m D = 0,0024u, của hạt nhân X là ∆m X = 0,0305u, 1u = 931,5 MeV/c 2 10. Để đo chu kì bán rã của chất phóng xạ, người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ thời điểm t o = 0. Đến thời điểm t 1 = 2giờ, máy đếm được n 1 xung, đến thời điểm t 2 = 3t 1 , máy đếm được n 2 xung, với n 2 = 2,3n 1 . Xác định chu kì bán rã của chất phóng xạ. 11. Cho phản ứng hạt nhân 37 17 Cl + X → n + 37 18 Ar. Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết khối lượng của các hạt nhân: m Ar = 36,956889u; m Cl = 36,956563u; m p = 1,007276u; m n = 1,008665u; u = 1,6605.10 -27 kg; vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. 12. Hạt nhân 226 88 Ra có chu kì bán rã 1570 năm phân rã thành 1 hạt α và biến đổi thành hạt nhân X. a) Viết phương trình phản ứng. b) Tính số hạt nhân X được tạo thành trong năm thứ 786. Biết lúc đầu có 2,26g radi. Coi khối lượng của hạt nhân tính theo u xấp xĩ bằng số khối của chúng và N A = 6,02.10 23 mol -1 . 13. Pôlôni 210 84 Po là một chất phóng xạ có chu kì bán rã 140 ngày đêm. Hạt nhân pôlôni phóng xạ sẽ biến thành hạt nhân chì (Pb) và kèm theo một hạt α. Ban đầu có 42mg chất phóng xạ pôlôni. Tính khối lượng chì sinh ra sau 280 ngày đêm. 14. Đồng vị 24 11 Na là chất phóng xạ β - và tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu 24 11 Na có khối lượng 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 (mol -1 ). a) Viết phương trình phản ứng. b) Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu. c) Tìm khối lượng magiê tạo ra sau thời gian 45 giờ. 15. Cho phản ứng hạt nhân 9 4 Be + 1 1 H → X + 6 3 Li a) X là hạt nhân của nguyên tử nào và còn gọi là hạt gì? b) Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết m Be = 9,01219u; m p = 1,00783u; m Li = 6,01513u; m X = 4,0026u; 1u = 931MeV/c 2 . 16. Dùng 1 prôton có động năng W p = 5,58MeV bắn phá hạt nhân 23 11 Na đứng yên sinh ra hạt α và X. Coi phản ứng không kèm theo bức xạ γ. a) Viết phương trình phản ứng và nêu cấu tạo hạt nhân X. b) Phản ứng trên thu hay tỏa năng lượng. Tính năng lượng đó. c) Biết động năng của hạt α là W α = 6,6MeV. Tính động năng của hạt nhân X. 17. Cho phản ứng hạt nhân 230 90 Th → 226 88 Ra + X + 4,91MeV. a) Nêu cấu tạo của hạt nhân X. b) Tính động năng của hạt nhân Ra. Biết hạt nhân Th đứng yên. Lấy khối lượng gần đúng của các hạt nhân tính bằng đơn vị u có giá trị bằng số khối của chúng. 18. Bắn hạt α có động năng 4MeV vào hạt nhân 14 7 N đứng yên thì thu được một hạt prôton và một hạt nhân X. a) Viết phương trình phản ứng, nêu cấu tạo của hạt nhân X và tính xem phản ứng đó tỏa ra hay thu vào bao nhiêu năng lượng. b) Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ, tính động năng và tốc độ của prôton. Cho: m α = 4,0015u; m X = 16,9947u; m N = 13,9992u; m p = 1,0073u; 1u = 931MeV/c 2 ; c = 3.10 8 m/s. D. CAÂU HOÛI TRAÉC NGHIEÄM 1. Cho phản ứng hạt nhân: α + 27 13 Al → X + n. Hạt nhân X là A. 27 13 Mg. B. 30 15 P. C. 23 11 Na. D. 20 10 Ne. 2. Có 100g chất phóng xạ với chu kì bán rã là 7 ngày đêm. Sau 28 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ đó còn lại là A. 93,75g. B. 87,5g. C. 12,5g. D. 6,25g. 8 3. Với c là vận tốc ánh sáng trong chân không, hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng nghĩ E và khối lượng m của vật là A. E = m 2 c. B. E = 2 1 mc 2 . C. E = 2mc 2 . D. E = mc 2 . 4. Chất phóng xạ iôt 131 53 I có chu kì bán rã 8 ngày. Lúc đầu có 200g chất này. Sau 24 ngày, số iốt phóng xạ đã bị biến thành chất khác là A. 50g. B. 175g. C. 25g.D. 150g. 5. Các nguyên tử được gọi là đồng vị khi hạt nhân của chúng có A. cùng số prôtôn. B. cùng số nơtron. C. cùng khối lượng. D. cùng số nuclôn. 6. Hạt nhân 14 6 C phóng xạ β - . Hạt nhân con sinh ra có A. 5 prôtôn và 6 nơtron. B. 6 prôtôn và 7 nơtron. C. 7 prôtôn và 7 nơtron. D. 7 prôtôn và 6 nơtron. 7. Sau thời gian t, khối lượng của một chất phóng xạ β - giảm 128 lần. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 128t. B. 128 t . C. 7 t . D. 128 t. 8. Trong quá trình biến đổi 238 92 U thành 206 82 Pb chỉ xảy ra phóng xạ α và β - . Số lần phóng xạ α và β - lần lượt là A. 8 và 10. B. 8 và 6. C. 10 và 6. D. 6 và 8. 9. Trong phản ứng hạt nhân: 9 4 Be + α → X + n. Hạt nhân X là A. 12 6 C. B. 16 8 O.C. 12 5 B. D. 14 6 C. 10. Trong hạt nhân 14 6 C có A. 8 prôtôn và 6 nơtron. B. 6 prôtôn và 14 nơtron. C. 6 prôtôn và 8 nơtron. D. 6 prôtôn và 8 electron. 11. Nếu do phóng xạ, hạt nhân nguyên tử A Z X biến đổi thành hạt nhân nguyên tử A Z 1− Y thì hạt nhân A Z X đã phóng ra tia A. α. B. β - . C. β + . D. γ. 12. Tính số nguyên tử trong 1g khí cacbonic. Cho N A = 6,02.10 23 ; O = 15,999; C = 12,011. A. 0,274.10 23 . B. 2,74.10 23 . C. 4,1.10 23 . D. 0,41.10 23 . 13. Có thể tăng hằng số phóng xạ λ của đồng vị phóng xạ bằng cách A. Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong từ trường mạnh. B. Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh. C. Đốt nóng nguồn phóng xạ đó. D. Hiện nay chưa có cách nào để thay đổi hằng số phóng xạ. 14. Chu kỳ bán rã của 60 27 Co bằng gần 5 năm. Sau 10 năm, từ một nguồn 60 27 Co có khối lượng 1g sẽ còn lại A. gần 0,75g. B. hơn 0,75g một lượng nhỏ. C. gần 0,25g. D. hơn 0,25g một lượng nhỏ. 15. Chu kì bán rã của chất phóng xạ 90 38 Sr là 20 năm. Sau 80 năm có bao nhiêu phần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác? A. 6,25%. B. 12,5%. C. 87,5%. D. 93,75%. 16. Trong nguồn phóng xạ 32 15 P với chu kì bán rã 14 ngày có 3.10 23 nguyên tử. Bốn tuần lễ trước đó số nguyên tử 32 15 P trong nguồn đó là A. 3.10 23 nguyên tử. B. 6.10 23 nguyên tử. C. 12.10 23 nguyên tử. D. 48.10 23 nguyên tử. 17. Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 12 giờ. B. 8 giờ. C. 6 giờ. D. 4 giờ. 18. Côban phóng xạ 60 27 Co có chu kì bán rã 5,7 năm. Để khối lượng chất phóng xạ giãm đi e lần so với khối lượng ban đầu thì cần khoảng thời gian A. 8,55 năm. B. 8,23 năm. C. 9 năm. D. 8 năm. 19. Năng lượng sản ra bên trong Mặt Trời là do 9 A. sự bắn phá của các thiên thạch và tia vũ trụ lên Mặt Trời. B. sự đốt cháy các hiđrôcacbon bên trong Mặt Trời. C. sự phân rã của các hạt nhân urani bên trong Mặt Trời. D. sự kết hợp các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. 20. Số prôtôn trong 16 gam 16 8 O là (N A = 6,02.10 23 nguyên tử/mol) A. 6,023.10 23 . B. 48,184.10 23 . C. 8,42.10 23 . D. 0.75.10 23 . 21. Chọn câu sai A. Một mol chất gồm N A = 6,02.10 23 nguyên tử (phân tử). B. Khối lượng của nguyên tử cacbon bằng 12 gam. C. Khối lượng của 1 mol N 2 bằng 28 gam. D. Khối lượng của 1 mol khí hyđrô bằng 2 gam. 22. Chọn câu đúng. A. Có thể coi khối lượng hạt nhân gần bằng khối lượng nguyên tử. B. Bán kính hạt nhân bằng bán kính nguyên tử. C. Điện tích nguyên tử bằng điện tích hạt nhân. D. Có hai loại nuclôn là prôtôn và electron. 23. Muốn phát ra bức xạ, chất phóng xạ trong thiên nhiên cần phải được kích thích bởi A. Ánh sáng Mặt Trời. B. Tia tử ngoại. C. Tia X. D. Không cần kích thích. 24. Cặp tia nào sau đây không bị lệch trong điện trường và từ trường? A. Tia α và tia β. B. Tia γ và tia β. C. Tia γ và tia Rơnghen. D. Tia β và tia Rơnghen. 25. Tính chất nào sau đây không phải là tính chất chung của các tia α, β và γ ? A. Có khả năng ion hoá chất khí. B. Bị lệch trong điện trường và từ trường. C. Có tác dụng lên phim ảnh. D. Có mang năng lượng. 26. Trong phản ứng hạt nhân 19 9 F + p → 16 8 O + X thì X là A. nơtron. B. electron. C. hạt β + . D. hạt α. 27. Tính số nguyên tử trong 1 gam khí O 2 . Cho N A = 6,022.10 23 /mol; O = 16. A. 376.10 20 .B. 736.10 30 . C. 637.10 20 . D. 367.10 30 . 28. Có 100g iôt phóng xạ 131 53 I với chu kì bán rã là 8 ngày đêm. Tính khối lượng chất iôt còn lại sau 8 tuần lễ. A. 8,7g. B. 7,8g. C. 0,87g. D. 0,78g. 29. Phân hạch một hạt nhân 235 U trong lò phản ứng hạt nhân sẽ tỏa ra năng lượng 200MeV. Số Avôgađrô N A = 6,023.10 23 mol -1 . Nếu phân hạch 1g 235 U thì năng lượng tỏa ra bằng A. 5,13.10 23 MeV. B. 5,13.10 20 MeV. C. 5,13.10 26 MeV. D. 5,13.10 25 MeV. 30. Ban đầu có 5 gam chất phóng xạ radon 222 86 Rn với chu kì bán rã 3,8 ngày. Số nguyên tử radon còn lại sau 9,5 ngày là A. 23,9.10 21 . B. 2,39.10 21 . C. 3,29.10 21 . D. 32,9.10 21 . 31. Hạt nhân C 14 6 là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia β - có chu kì bán rã là 5600 năm. Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu của mẫu đó. A. 16800 năm. B. 18600 năm. C. 7800 năm. D. 16200 năm. 32. Một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ λ. Sau một khoảng thời gian bằng λ 1 tỉ lệ số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã so với số hạt nhân chất phóng xạ ban đầu xấp xĩ bằng A. 37%. B. 63,2%. C. 0,37%. D. 6,32%. 33. Biết vận tốc ánh sáng trong chân không là c = 3.10 8 m/s, điện tích nguyên tố dương bằng 1,6.10 -19 C. 1MeV/c 2 có giá trị xấp xĩ bằng A. 1,780.10 -30 kg. B. 1,780.10 30 kg. C. 0,561.10 -30 kg. D. 0,561.10 30 kg. 10 [...]... hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y C năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau D năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y 3 2 4 89 Cho phản ứng hạt nhn: 1T + 1 D → 2 He + X Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt. .. 2010 )Hạt nhân 84 Po đang đứng yên thì phóng xạ α, ngay sau phóng xạ đó, động năng của hạt α A lớn hơn động năng của hạt nhân con B chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng động năng của hạt nhân con C bằng động năng của hạt nhân con D nhỏ hơn động năng của hạt nhân con Câu 38 (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010)Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 9 Be đang đứng yên 4 Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt α Hạt. .. trì và có thể gây nên bùng nổ C Nếu k > 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra D Nếu k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra Câu 31(ÐỀ ĐẠI HỌC – 2009): Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y C năng lượng liên kết riêng của hai hạt. .. Câu10(ĐH – 2007): Phản ứng nhiệt hạch là sự A kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn trong điều kiện nhiệt độ rất cao B kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình thành một hạt nhân rất nặng ở nhiệt độ rất cao C phân chia một hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ hơn kèm theo sự tỏa nhiệt D phân chia một hạt nhân rất nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn Câu 11(ĐH – 2007): Biết số Avôgađrô là 6,02.10... khí và mất dần năng lượng 4 D Tia α là dòng các hạt nhân heli ( 2 He ) 20 29 40 Câu 47 (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010 )So với hạt nhân 14 Si , hạt nhân 20 Ca có nhiều hơn A 11 nơtrôn và 6 prôtôn B 5 nơtrôn và 6 prôtôn C 6 nơtrôn và 5 prôtôn D 5 nơtrôn và 12 prôtôn Câu 48 (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010 )Phản ứng nhiệt hạch là A sự kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình tạo thành hạt nhân nặng hơn B phản ứng hạt. .. liên kết cho một nuclon trong các hạt nhân Ne ; He và C tương ứng bằng 8,03 MeV ; 7,07 MeV và 7,68 MeV Năng lượng cần thiết để tách một hạt nhân Ne thành hai hạt nhân He và một hạt nhân C là : A 11,9 MeV B 10,8 MeV C 15,5 MeV D 7,2 MeV 9 Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân U phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri Th Cho các 234 230 năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của U là 7,63 MeV,... 11 A Độ chênh lệch giữa khối lượng m của hạt nhân và tổng khối lượng mo của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân gọi là độ hụt khối B Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó C Độ hụt khối của một hạt nhân luôn khác không D Khối lượng của một hạt nhân luôn lớn hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó 66 50 Đồng vị phóng xạ 29 Cu có chu... Phản ứng nhiệt hạch là A nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời B sự tách hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ nhờ nhiệt độ cao C phản ứng hạt nhân thu năng lượng D phản ứng kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành một hạt nhân nặng 226 222 Câu 19(ÐỀ ĐẠI HỌC – 2008): Hạt nhân 88 Ra biến đổi thành hạt nhân 86 Rn do phóng xạ A α và β- B β- C α D β+ Câu 20(ÐỀ ĐẠI HỌC – 2008): Một chất phóng xạ có... bền vững hơn hạt nhân Y C năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau D năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y 3 2 4 Câu 32(ÐỀ ĐẠI HỌC – 2009): Cho phản ứng hạt nhân: 1T + 1 D → 2 He + X Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c 2 Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng... phóng xạ β-, hạt nhân mẹ và hạt nhân con có số khối bằng nhau, số prôtôn khác nhau C Trong phóng xạ β, có sự bảo toàn điện tích nên số prôtôn được bảo toàn D Trong phóng xạ β+, hạt nhân mẹ và hạt nhân con có số khối bằng nhau, số nơtron khác nhau Câu 27(Đề thi cao đẳng năm 2009): Gọi τ là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần Sau thời gian 2τ số hạt nhân còn lại của . sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X. B. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y. C sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X. B. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y. C VẬT LÝ HẠT NHÂN A. LÝ THUYẾT CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn + Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn. Có hai