PP giải các chuyên đề hạt nhân nguyên tử có đáp án

I TĨM TẮT LÍ THUYẾT : Cấu tạo hạt nhân : a) Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ nuclôn gồm : + prôtôn ( p ) có mp = 1,67262.10 −27 kg , điện tích : +e + nơtrơn (n ) có mn = 1,67493.10 −27 kg , khơng mang điện tích - Kí hiệu hạt nhân : ZA X Trong : +Z số hiệu nguyên tử , số thứ tự bảng HTTH + A gọi số khối , tổng số nuclon hạt nhân ⇒ số nơtron = A – Z b) Kích thước hạt nhân : Nếu coi hạt nhân ngun tử khối cầu bán kính R ta có phụ thuộc R số khối A : R = 1,2 10 −15 A (m) Đồng vị : nguyên tử mà hạt nhân chứa số proton có số nơtron khác - Các đồng vị phóng xạ chia làm hai loại : + đồng vị bền : thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại + đồng vị phóng xạ ( khơng bền) : có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo Đơn vị khối lượng nguyên tử : - kí hiệu u có trị số / 12 khối lượng đồng vị 12 C Khi : 1u = 1,66055.10 −27 kg Từ hệ thức Anh-xtanh : E= mc2 ⇒ 1u = 931,5 MeV /c2 Độ hụt khối lượng liên kết : a) Lực hạt nhân : lực tương tác nuclon hạt nhân Lực có đặc điểm lực hút , có bán kính tác dụng nhỏ - cỡ 10-15 m có cường độ rẩt lớn nên gọi lự tương tác mạnh b) Độ hụt khối : hiệu số khối lượng khối lượng hạt nhân tổng khối lượng nuclon cấu tạo nên hạt nhân Ta có cơng thức tính độ hụt khối hạt nhân : Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ m ( ý đơn vị u ) c) Năng lượng liên kết : - Từ hệ thức Anh-xtanh : E = mc2 Ta thấy phần khối lượng hạt nuclon chuyển thành lượng liên kết hạt nhân nguyên tử với ( nên m < m0 ) : lượng gọi lượng liên kết hạt nhân có trị số : Wlk = Δm.c2 Năng lượng liên kết lớn lực liên kết nuclôn mạnh ─ Để đặc trưng cho độ bền vững hạt nhân ta có đại lượng lượng liên kết riêng : Wlk A Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại : Tìm độ hụt khối lượng liên kết hạt nhân : a) Độ hụt khối : hạt nhân A Z X Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ m = Zmp + (A – Z)mn ─ m (1.1) b) Năng lượng liên kết : - tính độ hụt khối suy lượng liên kết hạt nhân : Wlk = Δm.c2 = Δm.931 (MeV) (1.2) Chú ý : thường đề cho 1u = 931 MeV/c2 đề khơng cho lấy giá trị chuẩn ( theo cách lấy đề thi đại học ) 1u = 931,5 MeV/c2 đề yêu cầu tính lượng cần thiết để tách ( lượng toả ra) N hạt nhân - A Z X Chính lượng liên kết hạt nhân Và N hạt nhân có lượng : - E = N.Wlk ( MeV) Ví dụ 1: [07A] Cho mC = 12 u, mp= 1.00728u, mn = 1,00867u , 1u = 1.66058.10-27 kg , 1eV = 1,6.10-19 J, c = 3.10-8 m/s Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân A 8,94 MeV B 44,7 MeV 12 6C thành nuclon riêng biệt : C 89,4 MeV D 72,7 MeV Giải Ta phải tính 1u MeV ? - Năng lượng 1u ( tính theo đơn vị J ) : 1u = mc2/c2 = (1,66058.10 – 27 9.1016 )/ c2 = 1,494522.10-10 Mà 1,6.10 – 13 J Suy 1,494522.10-10 J MeV ⇒ 1,494522.10 −10 1,6.10 −13 J / c2 = 934,07 MeV Vậy 1u = 934,07 MeV/ c2 - Năng lượng cần thiết để tách hạt nhân hạt nhân 12 6C 12 6C thành nuclơn riêng biệt lượng liên kết : E = Wlk = Δm.c2 = (6.mp +6.mn – mC).c2 = (6.1.00728 +6.1,00867 – 12).934,07 = 8489,4 MeV Đáp án : C Ví dụ 2: Xem ban đầu hạt nhân 12 6C đứng yên Cho biết mC =12,0000u ; mα = 4,0015u Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân 12 C thành ba hạt α A 6,7.10 – 13 J B 7,7.10 – 13 J C 8,2.10 – 13 J D 5,6.10 – 13 J Giải - Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 12C thành hạt nhân α lượng cần cung cấp cho độ hụt khối 1C tạo 3α : - Năng lượng : Q = (mC – mα ).c2 = – 0,0045u.c2 = – 4,1895 MeV = – 6,7.10–13 J Dấu trừ chứng tỏ phản ứng cần cung cấp lượng ⇒ Chọn đáp án A Ví dụ 3: Cho phản ứng phân hạch Uran 235 : n +235 235 U → 92 144 56 Ba + 89 36 Kr + n + 200 MeV Biết 1u = 931 MeV/c2 Độ hụt khối phản ứng bằng: A 0,3148u B.0,2248u C 0,2848u D 0,2148u Giải - Ta có lượng toả phản ứng : Q = (m0 – m ).c2 = Δm.c2 = 200 MeV - Suy độ hụt khối phản ứng : Δm = Q 200 = = 0,2148 u 931 931 ⇒ Chọn đáp án D Loại : Tính lượng liên kết riêng so sánh tính bền vững hạt nhân Wlk A - Ta tính lượng liên kết riệng : MeV/nuclon - Rồi so sánh lượng liên kết riêng hạt nhân với : hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 bảng HTTH thường bền nguyên tử hạt nhân cịn lại Ví dụ 1:[08A] Hạt nhân 10 Be có khối lượng 10,0135u Khối lượng nơtrôn (nơtron) m n = 1,0087u, khối lượng prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 10 10 Be A 0,6321 MeV B 63,2152 MeV C 6,3215 MeV D 632,1531 MeV Giải - Năng lượng liên kết hạt nhân 10 Be : Wlk = Δm.c2 = (4.mP +6.mn – mBe).c2 = 0,0679.c2 = 63,215 MeV - Suy lượng liên kết riêng hạt nhân 10 Be : Wlk 63,125 = = 6,3215 MeV/nuclôn A 10 Chọn đáp án : C Ví dụ 2: Tính lượng liên kết hạt nhân Đơtêri D ? Cho mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, mD = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c2 A) 2,431 MeV B) 1,122 MeV C) 1,243 MeV D)2,234MeV Giải - Độ hụt khối hạt nhân D : Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ mD = 1.mp +1.mn – mD = 0,0024 u - Năng lượng liên kết cảu hạt nhân D : Wlk = Δm.c2 = 0,0024.uc2 = 2,234 MeV ⇒ Chọn đáp án D Ví dụ : Cho biết mα = 4,0015u; mO = 15,999 u; m p = 1,007276u , mn = 1,008667u Hãy xếp hạt nhân He , 12 6C , 16 8O theo thứ tự tăng dần độ bền vững : Câu trả lời là: A 12 6C , He, 16 O C He, 12 6C , B 12 6C , 16 8O , He, D He, 16 O , 12C 16 8O Giải - Ta thấy đề khơng cho khối lượng 12C ý dùng đơn vị u, mà theo định nghĩa đon vị u 1/12 khối lượng đồng vị 12C ⇒ lấy khối lượng 12C 12 u - Suy lượng liên kết riêng hạt nhân : He : Wlk = (2.mp + 2.mn – m α )c2 = 28,289366 MeV ⇒ Wlk riêng = 7,0723 MeV / nuclon C : Wlk = (6.mp + 6.mn – mC )c2 = 89,057598 MeV ⇒ Wlkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon O : Wlk = (8.mp + 8.mn – mO )c2 = 119,674464 meV ⇒ Wlk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Vậy chiều bền vững hạt nhân tăng dần : He < C < O ⇒ Chọn đáp án C Loại : Tính số hạt nhân nguyên tử suy số nơtron, proton có lượng chất hạt nhân - A Cho khối lượng m số mol hạt nhân Z X Tìm số hạt p , n có mẫu hạt nhân Nếu có khối lượng m suy số hạt hạt nhân X : N = m N A A (hạt) Nếu có số mol suy số hạt hạt nhân X : N = n.NA (hạt) với NA = 6,022.10 −23 mol −1 Khi : hạt hạt nhân X có Z hạt p (A – Z ) hạt n Do N hạt hạt nhân X có : N.Z hạt p (A-Z) N hạt n Ví dụ 1: [07A] Biết số Avôgađrô 6,02.10 23 mol-1, khối lượng mol hạt nhân urani mol Số nơtron 119 gam urani A 2,2.10 25 hạt 238 92 U 238 92 U 238 gam / : B 1,2.10 25 hạt C 8,8.10 25 hạt D 4,4.10 25 hạt Giải - Số hạt nhân có 119 gam urani N= - m N A A = 238 92 U : 119 6,02.10 23 = 3.01.10 23 hạt 238 Suy số hạt nơtron có N hạt nhân urani 238 92 U : (A-Z) N = ( 238 – 92 ).3,01.1023 = 4,4.1025 hạt ⇒ Đáp án : D Ví dụ Cho số Avơgađrơ 6,02.10 23 mol-1 Số hạt nhân nguyên tử có 100 g Iốt A 3,952.1023 hạt B 4,595.1023 hạt C.4.952.1023 hạt 131 52 I : D.5,925.1023 hạt Giải - Số hạt nhân nguyên tử có 100 g hạt nhân I : N= m 100 N A = 6,02.10 23 hạt A 131 ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG Câu Năng lượng nhỏ để tách hạt nhân He thành hai phần giống ? Cho m He = 4,0015u; mn = 1,0087u; mp = 1,0073u; 1u.c2 = 931MeV A 3,2 MeV B 12,4 MeV C 16,5 MeV Câu Năng lượng liên kết cho nuclon hạt nhân Ne ; He MeV ; 7,07 MeV 7,68 MeV Năng lượng cần thiết để tách hạt nhân hạt nhân D 23,8 MeV C tương ứng 8,03 Ne thành hai hạt nhân He C : A 11,9 MeV B 10,8 MeV C 15,5 MeV D 7,2 MeV Câu Tính lượng liên kết tạo thành Cl 37, cho biết: Khối lượng nguyên tử 37 17 Cl = 36,96590 u; khối lượng proton, mp = 1,00728 u; khối lượng electron, m e = 0,00055 u; khối lượng nơtron, m n = 1,00867 u; 1u = 1,66043.10-27kg; c = 2,9979.108 m/s; 1J = 6,2418.1018 eV A A 316,82 MeV B 318,14 MeV C 315,11 MeV D 317,26 MeV Câu Hạt nhân Li có khối lượng 7,0144u Năng lượng liên kết hạt nhân ? Cho m n = 1,0087u ; mp = 1,0073u ; 1u.c2 = 931MeV A 45,6 MeV B 36,2 MeV C 39,4 MeV Câu Năng lượng cần thiết để bứt nơtrôn khỏi hạt nhân D 30,7 MeV Na ? Cho mNa = 22,9837u ; mn = 1,0087u ; mp=1,0073u, 1u.c2 = 931MeV A 3,5 MeV B .8,1 MeV C 12,4 MeV Câu Tính lượng liên kết riêng hạt nhân 37 17 D 17,4 MeV Cl Biết mp = 1,00728 u; mn = 1,00867 u; mCl = 36,95655 u 1u = 931 MeV/c2 A 8,47 MeV B.8,57 MeV C.8,67 MeV D 8,87 MeV Câu 7: Chọn câu trả lời Tính số phân tử nitơ gam khí niơ Biết khối lượng nguyên tử lượng nitơ 13,999 u Biết 1u =1,66.10-24 g A 43.1020 hạt B 43.1021 hạt C 215.1021 hạt D 215.1020 hạt Câu Năng lượng liên kết riêng 235U 7,7 MeV khối lượng hạt nhân U235 ? Biết mp=1,0073u; mn=1,0087u A 234,0015 u B 236,0912 u Câu Công thức gần cho bán kính hạt nhân C 234,9731 u R=R0A D 234,1197 u với R0=1,2 fecmi A số khối Khối lượng riêng hạt nhân là: A 0,26.1018 kg/m3 B 0,35.1018 kg/m3 C 0,23.1018 kg/m3 D 0,25.1018 kg/m3 Đáp án : D A D C D B D 10 ************************** /////// ~ ~ ~ ~ ~~~/////////********************************* I TĨM TẮT LÍ THUYẾT Định nghĩa tính chất phóng xạ : - Phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ - Đặc điểm tượng phóng xạ : + q trình phân rã phóng xạ q trình dẫn đến biến đổi hạt nhân +quá trình phân rã phóng xạ nguyên nhân bên gây hồn tồn khơng chịu tác động yếu tố thuộc mơi trường ngồi Các loại tia phóng xạ : Q trình phân rã phóng xạ phát gồm loại tia phóng xạ : tia α , tia β tia γ Các tia phóng xạ tia khơng nhìn thấy có tính chất : kích thích số phản ứng hố học, ion hố khơng khí, làm đen kính ảnh, xuyên thấu lớp vật chất mỏng, phá huỷ tế bào… a) Tia α : - chất chùm hạt nhân nguyên tử heli He - tính chất : bị lệch phía âm điện trường, có vận tốc khoảng 2.10 -7 m/s Có tính ion hoá mạnh nên lượng nhanh đường đi, khả đâm xuyên yếu b) Tia β : - gồm loại có đặc điểm chung phóng với tốc độ lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng Làm ion hố mơi trường yếu tia α nên truyền với quãng đường dài hơn, khả đâm xuyên mạnh tia α ( đâm xun qua nhơm dày cỡ mm) - tia β- : chùm hạt e- ( loại phóng xạ phổ biến β+ ) bị lệch dương điện trường - tia β+ : chùm hạt pozitron e+ có điện tích +e ( phản hạt electron – đề cập rõ chương loại hạt sơ cấp ) nên bị lệch phía âm điện trường c) Tia γ : - sóng điện từ có bước sóng cực ngắn < 10 -11 m ( chùm phơtơn mang có lượng cao ) - tính chất : khơng bị lệch điện trường , có khả đâm xuyên mạnh nhiều so với tia α , β Trong phân rã α , β tạo hạt nhân trạng thái kích thích hạt nhân phóng xạ tia γ để trở trạng thái Định luật phóng xạ: a) Định luật phóng xạ : - Trong q trình phân rã , số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ - Các hàm biễu diễn q trình phân rã phóng xạ hạt nhân theo thời theo thời gian t : t + theo khối lượng : m = m −T = m e −λ.t 0 t + theo số hạt hạt nhân nguyên tử : N = N − T = N e −λ t 0 Trong : m0 ,m khối lượng hạt nhân nguyên tử N0, N số hạt hạt nhân nguyên tử T chu kì bán rã λ= ln T : số phóng xạ b) Độ phóng xạ : - đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ , xác định số phân rã giây Đặc trưng cho tốc độ phân rã - Kí hiệu H có đơn vị Becơren (Bq) , với Bq = phân rã /s -Xác định độ phóng xạ : H = λ.N = H e −λ t , H0 = λ.N0 : gọi độ phóng xạ ban đầu hạt nhân Đồng vị phóng xạ ứng dụng : a) Đồng vị phóng xạ : gồm có đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo - đồng vị phóng xạ ngun tố hố học có tính chất hố học đồng vị bền nguyên tố b) Ứng dụng: - khảo cổ học dùng đồng vị 14 6C có T = 5730 năm để xác định tuổi mẫu vật - y-sinh học : phương pháp đánh dấu nguyên tử phẩu thuật chiếu xạ II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại 1: Xác định lượng chất cịn lại: - Cho m0 hay N0 T Tìm khối lượng (số hạt nhân nguyên tử ) lại sau thời gian t ? Tính số hạt hạt nhân nguyên tử A Z X m (g) vật chất t N0 = m N A A Khối lượng lại X sau thời gian t : m = m −T = m e −λ.t 0 hạt (2.1) Số hạt nhân X lại sau thời gian t : t N = N − T = N e −λ t 0 (2.2) Chú ý: t T phải đưa đơn vị Đối với khối lượng m khơng cần đổi đơn vị ta tính lấy đơn vị m theo m0 đề Ví dụ 1:[08A] Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã 3,8 ngày Sau thời gian 11,4 ngày độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) lượng chất phóng xạ cịn lại phần trăm so với độ phóng xạ lượng chất phóng xạ ban đầu? A 25% B 75% C 12,5% D 87,5% Giải - Ta có : T = 3,8 ngày ; t = 11,4 = 3T ngày Do ta đưa hàm mũ hai để giải nhanh sau : m = m0 t − T t − m −3 m ⇔ = T ⇔ m = = = 12,5% m0 ⇒ Chọn đáp án : C Ví dụ 2:[09A] Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân Sau năm, lại phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã Sau năm nữa, số hạt nhân cịn lại chưa phân rã chất phóng xạ A N0 /6 B N0 /16 C N0 /9 D N0 /4 Giải N - Ta có : t = 1năm số hạt nhân chưa phân rã (cịn lại ) : N = t T = - Sau 1năm tức t’ = 2t năm số hạt nhân cịn lại chưa phân rã :  N 1 = t ' = 2t ⇔ N =   N0 N0  t 2T T  2T    2 =  =   3  ⇒ Chọn đáp án : C Ví dụ 3: Chất Iốt phóng xạ 131 53 I dùng y tế có chu kỳ bán rã ngày đêm Nếu nhận 100g chất sau tuần lễ bao nhiêu? B 0,78g A O,87g C 7,8g D 8,7g Giải - Ta có : t = tuần = 56 ngày = 7.T Suy sau thời gian t khối lượng chất phóng xạ m = m0 t − T 131 53 I lại : = 100.2 −7 = 0,78 gam ⇒ Chọn đáp án B Loại 2: Xác định lượng chất bị phân rã : - Cho khối lượng hạt nhân ban đầu ( số hạt nhân ban đầu N0 ) T Tìm lượng hạt nhân bị phân rã thời gian t ? t Khối lượng hạt nhân bị phân rã : Δm = m − m = m (1 − −T ) = m (1 − e −λ.t ) 0 t ΔN = N − N = N (1 − − T ) = N (1 − e −λ t ) 0 Số hạt nhân bị phân rã : (2.3) (2.4) Chú ý : khơng áp dụng định luật bảo tồn khối lươngj phản ứng hoá học A -> B + C mA ≠ mB + mC Ví dụ 1:Tính số hạt nhân bị phân rã sau 1s 1g Rađi 226 Ra Cho biết chu kỳ bán rã 226 Ra 1580 năm Số Avôgađrô NA = 6,02.1023 mol-1 A) 3,55.1010 hạt B) 3,40.1010 hạt C) 3,75.1010 hạt D).3,70.1010 hạt Giải 226 - Số hạt nhân nguyên tử có gam - m N A = 6,022.10 23 = 2,6646.10 21 hạt A 226 Suy số hạt nhân nguyên tử Ra phân rã sau s : ∆N = N (1 − − t T Ra : N0 =  21  ) = 2,6646.10 1 −   − 1580.365.86400   10  = 3,70.10 hạt   ⇒ Chọn đáp án D Ví dụ 2: Đồng vị phóng xạ Cơban 60 27 Co phát tia ─ với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban bị phân rã A 97,12% B 80,09% C 31,17% D 65,94% Giải % lượng chất 60Co bị phân rã sau 365 ngày : Δm = m0 − m = m0 (1 − e −λ.t ) − ⇔ ∆m = − e 365 ln 71,3 m0 = 97,12% ⇒ Chọn đáp án A Loại : Xác định khối lượng hạt nhân : - Cho phân rã : A Z X B → 'Y Z + tia phóng xạ Biết m0 , T hạt nhân mẹ Ta có : hạt nhân phóng xạ có hạt nhân tao thành Do ΔNX (phóng xạ) = NY (tạo thành) Mà ∆N X = Suy : Tổng quát : ∆m X N A A ( NA số Avôgađrô ) N mY = n.B = Y B = NA ∆m X N A ∆m X B A B = NA A mcon = ∆m me Acon Ame ⇔ mY = ∆m X B A (2.5) Ví dụ 1:[08A] Hạt nhân Z A.1 X phóng xạ biến thành hạt nhân Z A.2Y nhân X, Y số khối chúng tính theo đơn vị u Biết chất phóng xạ đầu có khối lượng chất Z A.1 X bền Coi khối lượng hạt Z A.1 X có chu kì bán rã T Ban , sau chu kì bán rã tỉ số khối lượng chất Y khối lượng chất X : A A A A A A 2 B A C A D A Giải - Xem phản ứng sau : X → Y + tia phóng xạ Khi X hạt nhân mẹ Y hạt nhân tao thành Lúc tốn trở thành tìm mối liên hệ X hạt nhân Y : - Ta có khối lượng hạt nhân X sau chu kì ( t = 2T ): + m = m0 - t − T = m0 −2 = m0 Khối lượng hạt nhân Y tạo thành sau chu kì : ∆m X AY m (1 − ) A2 −2 3m0 A2 ⇔ mY = m0 (1 − ) A2 = mY = = AX A1 A1 A1 - Khi đó, tỉ lệ khối lượng hạt nhân Y hạt nhân X : + Ví dụ 2: 24 11 mY mX 3m0 A2 × A1 A2 = = m0 A1 ⇒ Chọn phương án D Na chất phóng xạ β- tạo thành hạt nhân magiê 24 12 Mg Ban đầu có 12gam Na chu kì bán rã 15 Sau 45 h khối lượng Mg tạo thành : A 10,5g B 5,16 g C 51,6g D 0,516g Giải Nhận xét : t = 3.T nên ta dùng hàm mũ để giải cho nhanh toán : t - khối lượng Na bị phân rã sau 45 = 3T : Δm = = m (1 − −T ) = 12(1 − −3 ) ⇔ Δm = 10,5 g Suy khối lượng mg tạo thành : mcon = ∆m me Acon 10,5 = 24 = 10,5 gam Ame 24 ⇒ Chọn đáp án A Loại 4: Xác định độ phóng xạ hạt nhân : - Cho m0, T Tìm độ phóng xạ hạt nhân sau thời gian t ? 10 Chú ý : nên học thuộc vài chất có số điện tích thường gặp phản ứng hạt nhân (không cần quan tâm đến số khối nguyên tố loại phụ thuộc vào Z : số thứ tự bảng HTTH - Một vài loại hạt phóng xạ đặc trưng điện tích, số khối chúng : hạt α ≡ He , hạt nơtron ≡ 0n , hạt proton ≡ p , tia β─ ≡ −1 e , tia β+ ≡ +.1 e , tia γ có chất sóng điện từ b) Xác định số hạt ( tia ) phóng xạ phát phản ứng : - Thơng thường loại tập thuộc phản ứng phân hạch hạt nhân Khi hạt nhân mẹ sau nhiều lần phóng xạ tạo x hạt α y hạt β ( ý phản ứng chủ yếu tạo loại β– nguồn phóng xạ β+ ) Do giải tập loại cho β– , giải hệ hai ẩn khơng có nghiệm giải với β+ - mà khơng có đâu !    - Việc giải số hạt hai loại tia phóng xạ dựa tập dạng a) Ví dụ : Tìm hạt nhân X phản ứng hạt nhân sau : 10 Bo + X → α + Be A T B D 1 C n D p Giải - Trước tiên phải xác định đầy hạt α có Z A α ≡ He nên áp dụng định luật bảo toàn số khối điện tích Khi suy : X có điện tích Z = 2+ – =1 số khối A = + – 10 = - Vậy X hạt nhân 1D đồng vị phóng xạ H ⇒ Chọn đáp án B Thí dụ Trong phản ứng sau : n + A Electron 235 92 U → 95 42 Mo B Proton + 139 57 La + 2X + 7β– ; hạt X C Hêli D Nơtron Giải - Ta phải xác định điện tích số khối tia & hạt lại phản ứng : 0n ; – −1 β - Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối ta : hạt X có : 2Z = 0+92 – 42 – 57 – 7.(-1) = 2A = + 235 – 95 – 139 – 7.0 = Vậy suy X có Z = A = Đó hạt nơtron 0n ⇒ Chọn đáp án : D Thí dụ Hạt nhân 24 11 Na A A = 24 ; Z =10 phân rã β– biến thành hạt nhân X Số khối A nguyên tử số Z có giá trị B A = 23 ; Z = 12 C A = 24 ; Z =12 D A = 24 ; Z = 11 Giải 24 11 Na →X+ – −1 β - Từ đề bài, ta có diễn biến phản ứng : - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích số khối , ta : X có Z = 11 – (-1) = 12 23 24 12 Mg số khối A = 24 – = 24 ( nói thêm X ) ⇒ Chọn đáp án C Thí dụ Urani 238 sau loạt phóng xạ α biến thành chì Phương trình phản ứng là: 238 92 U → 206 82 Pb + x He + y −0 β– y có giá trị : A y = B y = C y = D y = Giải - Bài tập loại tốn giải phương trình hai ẩn , ý hạt β– có số khối A = , phương trình bảo tồn số khối có ẩn x hạt α Sau thay giá trị x tìm vào phương trình bảo tồn điện tích ta tìm y 4 x + y = 238 − 206 = 32 x = x = ⇔ ⇔ 2 x + ( −1) y = 92 − 82 = 10 2 x − y = 10 y = - Chi tiết giải sau :  - Vậy giá trị y = ⇒ Chọn đáp án : C Ví dụ Sau lần phóng xạ α lần phóng xạ β– hạt nhân hạt nhân 208 82 Pb 232 90 Th biến đổi thành ? A lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– B lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– C lần phóng xạ ; lần phóng xạ β– D lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– Giải - Theo đề ta có q trình phản ứng : 232 90 Th → 208 82 Pb + x He + y −0 β– - Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối , ta : 4 x + y = 232 − 208 = 24 x = x = ⇔ ⇔  2 x + ( −1) y = 90 − 82 = 2 x − y =  y = Vậy có hạt α hạt β – ⇒ Chọn đáp án : D Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân : T + X → α + n X hạt nhân A nơtron B proton C Triti D Đơtơri Giải - Ta phải biết cấu tạo hạt khác phản ứng : 1T , α ≡ He , 0n - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích số khối , ta : X có điện tích Z = + – = & số khối A = + – = Vậy X 1D ⇒ Chọn đáp án : D Loại Xác định lượng phản ứng hạt nhân - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D 24 - Khi : + M0 = mA + mB tổng khối lượng nghỉ hạt nhân trước phản ứng + M = mC + mD tổng khối lượng nghỉ hạt nhân sau phản ứng - Ta có lượng phản ứng xác định : Q = ( M0 – M ).c2 = Δm.c2 + Q > : phản ứng toả nhiệt + Q < : phản ứng thu nhiệt - Với tốn tìm lượng m (g) chất A tham gia phản ứng hạt nhân Ta có tổng lượng E = Q.N = Q phản ứng : m.N A A Ví dụ Thực phản ứng hạt nhân sau : MeV 23 11 Na + D → He + 20 10 Ne Biết mNa = 22,9327 u ; mHe = 4,0015 u ; mNe = 19,9870 u ; mD = 1,0073 u Phản ứng toả hay thu lượng J ? A thu 2,2375 MeV B toả 2,3275 MeV C.thu 2,3275 MeV D toả 2,2375 MeV Giải - Ta có lượng phản ứng hạt nhân : Q = ( M0 – M ).c2 = ( mNa + mHe ─ mNe ─ mD )c2 = + 2,3275 MeV Dấu “ + ” chứng tỏ phản ứng toả lượng ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 2: phản ứng phân hạch hạt nhânUrani 235 92 U lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 MeV Tính lượng toả trình phân chia hạt nhân kg Urani lò phản ứng A 8,2.1012 J B 8,2.1013 J C 7,6.1012 J D 7,6.1013 J Giải: - Số hạt nhân Urani có 1kg Urani: N= - m.N A 10 6,023.10 23 = = 2,563.1024 hạt A 235 Năng lượng toả 1kg Urani: E0 = N ΔE = 2,563.1024.200 = 5,126.1026 MeV = 8,2.1013 J ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: cho phản ứng hạt nhân: T + D → 1 He + X +17,6MeV Tính lượng toả từ phản ứng tổng hợp 2g Hêli A 52,976.1023 MeV B 5,2976.1023 MeV C 2,012.1023 MeV D.2,012.1024 MeV Giải: - Số nguyên tử hêli có 2g hêli: N= m.N A 2.6,023.10 23 = = 3,01.1023 MeV A 25 - Năng lượng toả gấp N lần lượng phản ứng nhiệt hạch: E = N.Q = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV ⇒ Chọn đáp án A Loại Động vận tốc hạt phản ứng hạt nhân - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D a) Khi biết khối lượng đầy đủ chất tham gia phản ứng - Ta áp dụng định luật bảo toàn lượng : M0c2 + WA +WB = Mc2 + WC +WD ⇔ Q + WA +WB = WC +WD Chú ý : dấu Q toả lượng hay thu lượng để khỏi bị nhầm lúc làm tốn b) Khi biết khối lượng khơng đầy đủ vài điều kiện động vận tốc hạt nhân - Ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng : → → → → p A + p B = pC + p D  →  p  = ( mv ) = 2m.W     Chú ý : Ví dụ hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng : α + 27 13 Al → 30 15 P + n phản ứng thu lượng Q= 2,7 MeV Biết hai hạt sinh có vận tốc, tính động hạt α ( coi khối lượng hạt nhân số khối chúng) A 1,3 MeV B 13 MeV C 3,1 MeV D 31 MeV Giải - Ta có Kp Kn = mP =30 ⇒ Kp = 30 Kn mn Mà Q = Kα ─ Kp ─ Kn = Kα ─ 31 K n (1) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v ⇒ mα Kα = 2( mp + mn)( Kp +Kn) ⇔ Kα = 31( Kp + Kn)= 961 Kn ⇒ Kn= Thay vào (1) ta có Q = 4Kα 961 27 K α 31Q 31 ⇒ Kα = = 2,7 = 3,1MeV 31 27 27 ⇒ Chọn đáp án C Ví dụ 2: người ta dùng hạt prơtơn có động Wp= 2,69 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên thu hạt α có động cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 Tính động vận tốc mổi hạt α tạo thành? A 9,755 MeV ; 3,2.107m/s B.10,55 MeV ; 2,2.107 m/s C 10,55 MeV ; 3,2.107 m/s D 9,755.107 ; 2,2.107 m/s Giải Năng lượng phản ứng hạt nhân : Q = ( M0 – M ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV 26 Áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có Q +Wp= 2W α ⇒ W α = Vận tốc mổi hạt α là: v = c Q + Wp = 10,05MeV 2Wα =2,2.107m/s 931.4,0015 ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: Một nơtơron có động Wn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây phản ứng: n + Li → X+ He Biết hạt nhân He bay vng góc với hạt nhân X Động hạt nhân X He :? Cho mn = 1,00866 u;mx = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u A.0,12 MeV & 0,18 MeV B.0,1 MeV & 0,2 MeV C.0,18 MeV & 0,12 MeV D 0,2 MeV & 0,1 MeV Giải - Ta có lượng phản ứng : : Q = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV ( phản ứng thu lượng ) → → → 2 - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: pn = p He + p X ⇔ Pn2 = PHe + PX ⇒ 2mnWn= 2mHe W He + 2mx Wx (1) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng :Q =Wx +W He ─Wn = -0,8 (2) 4W H e + 3W X = 1,1 Từ (1),(2) ta có hệ phương trình:  W He + W X = 0,3 W He = 0,2 ⇔ MeV W X = 0,1 ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG: Câu Dùng hạt prơton có động làWp = 5,58MeV bắn vào hạt nhân 23 11 Na đứng yên ta thu hạt α hạt nhân Ne cho khồng có xạ γ kèm theo phản ứng động hạt α W α = 6,6 MeV hạt Ne 2,64MeV Tính lượng toả phản ứng góc vectơ vận tốc hạt α hạt nhân Ne ?(xem khối lượng hạt nhân số khối chúng) A 3,36 MeV; 1700 B 6,36 MeV; 1700 C 3,36 MeV; 300 D 6,36 MeV; 300 Câu Dùng hạt prôton có động làWp = 3,6MeV bắn vào hạt nhân Li đứng yên ta thu được2 hạt X giống hệt có động tính động mổi hạt nhân X? Cho cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m X = 4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 A.8,5MeV Câu Đồng vị 234 92 U B.9,5MeV C.10,5MeV D.7,5MeV phóng xạ α biến thành hạt nhân Th khơng kèm theo xạ γ tính lượng phản ứng tìm động , vận tốc Th? cho m α = 4,0015u; mU =233,9904u ; mTh=229,9737u; 1u = 931MeV/c2 A thu 14,15MeV; 0,242MeV; 4,5.105 m/s B toả 14,15MeV; 0,242 MeV; 4,5.105 m/s 27 C toả 14,15MeV; 0,422MeV; 5,4.105 m/s D thu 14,15MeV; 0,422MeV; 5,4.105 m/s Câu Hạt α có động W α = 4MeV bắn vào hạt nhân Nitơ đứng yên gây phản ứng : α+ 14 7N ─> H + X Tìm lượng phản ứng hạt nhân vận tốc hạt nhân X Biết hai hạt sinh có động Cho m α = 4,002603u ; mN = 14,003074u; mH = 1,0078252u; mX = 16,999133u;1u = 931,5 MeV/c2 A toả 11,93MeV; 0,399.107 m/s C toả 1,193MeV; 0,339.107 m/s Câu B thu 11,93MeV; 0,399.107 m/s D thu 1,193MeV; 0,399.107 m/s 226 88 Ra hạt nhân phóng xạ sau thời gian phân rã thành hạt nhân tia α Biết mRa = 225,977 u; mcon = 221,970 u ; m α = 4,0015 u; 1u = 931,5 MeV/c2 Tính động hạt α hạt nhân phóng xạ Radi A 5,00372MeV; 0,90062MeV B 0,90062MeV; 5,00372MeV C 5,02938MeV; 0,09062MeV D 0,09062MeV; 5,02938MeV Câu Chọn câu trả lời Prôtôn bắn vào nhân bia đứng yên Liti ( Li ) Phản ứng tạo hai hạt X giống hệt bay Hạt X : A Đơtêri B Prôtôn Câu Chọn câu trả lời Hạt nhân chì 206 82 Pb C Nơtron 238 92 U D Hạt α sau phát xạ α β cuối cho đồng vị bền Số hạt α β phát là: A hạt α 10 hạt β+ B hạt α hạt β- C hạt α hạt β+ D.8 hạt α hạt β- A A α Z Câu Chọn câu Xét phóng xạ : Z Y → + X X Trong Zx Ax X A Zx = Z – Ax= A – B Zx = Z Ax = A C Zx = Z – Ax= A– D Zx = Z +1 Ax= A Câu Khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ tia α tia β- hạt nhân nguyên tử biến đổi nào? A Số khối giảm 4, số prôtôn giảm B Số khối giảm 4, số prôtôn tăng C Số khối giảm 4, số prôtôn giảm D Số khối giảm 2, số prơtơn giảm Câu 10 Hạt nhân phóng xạ Pôlôni 210 84 Po đứng yên phát tia α sinh hạt nhân X Biết phản ứng phân rã α Pôlôni giải phóng lượng Q = 2,6MeV Lấy gần khối lượng hạt nhân theo số khối A đơn vị u Động hạt α có giá trị A 2,15MeV Câu 11 Hạt nhân 226 88 Ra B 2,55MeV C 2,75MeV D 2,89MeV đứng yên phóng xạ α biến đổi thành hạt nhân X , biết động hạt α : Wα = 4,8 MeV Lấy khối lượng hạt nhân tính u số khối chúng, lượng tỏa phản ứng 28 A 1.231 MeV B 2,596 MeV C 4,886 MeV D 9,667 MeV Caâu 12 Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Beri đứng yên Hai hạt sinh Hêli X : 1p + Be → He + X Biết proton có động Kp= 5,45MeV, Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc proton có động KHe = 4MeV Cho độ lớn khối lượng hạt nhân (đo đơn vị u) xấp xỉ số khối A Động hạt X A 3,575MeV B 1,225MeV C 6,225MeV D 8,525 MeV Caâu 13 Cho phản ứng hạt nhân : n + Li → T + α + 4,8 MeV Cho bieát mn = 1,0087u; mT = 3,016u; mα = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c Khối lượng hạt nhân Li có giá trị 1063 A 6,1139 u B 6,0839 u C 6,411 u D 6,0139 u Caâu 14 Dưới tác dụng xạ γ, hạt nhân Be tách thành hai hạt nhân He Biết mBe= 9,0112 u ; mHe= 4,0015 u ; mn= 1,0087 u Để phản ứng xảy xạ γ phải có tần số tối thiểu ? A 2,68.1020 Hz B 1,58.1020 Hz C 4,02.1020 Hz D 1,13.1020 Hz Caâu 15 Hạt α có khối lượng 4,0013u gia tốc xíchclotron có từ trường B=1T Đến vịng cuối, quỹ đạo hạt có bán kính R=1m Năng lượng là: A 25 MeV B 48 MeV C 16 MeV D 39 MeV 222 Caâu 16 Hạt nhân 86 Rn phóng xạ α Phần trăm lượng tỏa biến đổi thành động hạt α: A 76% B 98% C 92% D 85% Caâu 17 Bắn hạt α vào hạt nhân 14 N ta có phản ứng: 14 N + α →17 P + p Nếu hạt sinh có vận tốc v Tính tỉ số động hạt sinh hạt ban đầu A 3/4 B2/9 C1/3 D5/2 Đáp án 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 **********************************   **************************************** 29 Câu 1: [09A] Trong phân hạch hạt nhân 92 235 U , gọi k hệ số nhân nơtron Phát biểu sau đúng? A Nếu k < phản ứng phân hạch dây chuyền xảy lượng tỏa tăng nhanh B Nếu k = phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy C Nếu k > phản ứng phân hạch dây chuyền khơng xảy D Nếu k > phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì gây nên bùng nổ Câu Giả sử hai hạt nhân X Y có độ hụt khối số nuclôn hạt nhân X lớn số nuclơn hạt nhân Y A lượng liên kết riêng hai hạt nhân B hạt nhân Y bền vững hạt nhân X C lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân Y D hạt nhân X bền vững hạt nhân Y Câu Phát biểu sai nói độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)? A Độ phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ B Đơn vị đo độ phóng xạ becơren C Với lượng chất phóng xạ xác định độ phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử lượng chất D Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ phụ thuộc nhiệt độ lượng chất Câu Phát biểu sai ? A Các đồng vị nguyên tố có vị trí bảng thống tuần hồn B Các đồng vị nguyên tố có số notron khác nên tính chất hố học khác C Các ngun tử mà hạt nhân có số proton có số notron khác gọi đồng vị D Các đồng vị phóng xạ khơng bền Câu Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết : A cặp proton – notron B tính cho nuclon C cặp proton – proton D tính riêng cho hạt nhân Câu Phản ứng nhiệt hạch A kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng điều kiện nhiệt độ cao B kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành hạt nhân nặng nhiệt độ cao C phân chia hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ kèm theo toả nhiệt D phân chia hạt nhân nặng thành hạt nhân nhẹ + Câu Cho tia phóng xạ α , β , β , γ vào điện trường theo phương vng góc với đường sức Tia khơng bị lệch hướng điện trường A tia β + B tia β - C tia γ D tia α 30 Câu Cho phản ứng hạt nhân: A → B + C Biết ban đầu hạt nhân mẹ A đứng yên Có thể kết luận hướng độ lớn vận tốc hạt sau phản ứng : A Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng B Cùng phương, chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng C Cùng phương, chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng D Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng Câu 7: Các đồng vị ngun tố hố học có A số prôtôn B số nuclôn C số nơtrôn D lượng liên kết Câu 8: Chọn câu sai Tia anpha (α) A gồm hạt nhân nguyên tử hêli He B xuyên qua thuỷ tinh dày C làm ion hố mơi trường D bị lệch quỹ đạo điện trường Câu Trong phóng xạ α: A.Hạt nhân lùi B Hạt nhân lùi hai ô C Hạt nhân tiến ô D Hạt nhân tiến hai ô Câu 10 Tìm phát biểu sai: A Hai hạt nhân nhẹ hiđrô, hêli kết hợp lại với nhau, thu lượng phản ứng nhiệt hạch B.Phản ứng hạt nhân sinh hạt có tổng khối lượng bé khối lượng hạt ban đầu phản ứng tỏa lượng C.Urani thường dùng phản ứng phân hạch D.Phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch Câu 11: Khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ tia α tia β- hạt nhân nguyên tử biến đổi ? A Số khối giảm 4, số prôtôn giảm B Số khối giảm 4, số prôtôn giảm C Số khối giảm 4, số prôtôn tăng D Số khối giảm 2, số prôtôn giảm Câu 12: Phát biểu sau sai? A Đơn vị khối lượng nguyên tử u khối lượng khối lượng đồng vị 12 12 C B 1u = 1,66055.10− 31 kg C Khối lượng nuclôn xấp xỉ u D Hạt nhân có số khối A có khối lượng xấp xỉ Au Câu 13: Phản ứng hạt nhân khơng tn theo định luật A bảo tồn khối lượng tĩnh (nghỉ) B bảo tồn điện tích C bảo toàn lượng toàn phần D bảo toàn động lượng Câu 14: Phát biểu sau sai nói phản ứng phân hạch? A Tạo hai hạt nhân có số khối trung bình C Chỉ xảy với hạt nhân nguyên tử 235 92 U B Xảy hấp thụ nơtrôn chậm D Là phản ứng tỏa lượng 31 Câu 15 Điều kiện xảy phản ứng dây chuyền lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử hệ số notron s thoả mãn: A).s>1 B).s