PHẢN ỨNG hạt NHÂN

HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ 1. Hiện tượng phóng xạ: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tố (kém bền vững) tự phóng ra các bức xạ rồi biến đổi thành hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố khác (bền vững hơn). Các nguyên tố phóng xạ có sẵn trong tự nhiên gọi là phóng xạ tự nhiên. Các nguyên tố phóng xạ do con người tạo ra gọi là phóng xạ nhân tạo (phóng xạ nhân tạo có nhiều hơn phóng xạ tự nhiên) 2. Các loại tia phóng xạ (phóng ra từ hạt nhân): a. Tia alpha (): thực chất là hạt nhân nguyên tử He 4 2 Bị lệch về phía bản () của tụ điện vì mang q = +2e. Phóng ra với vận tốc 107ms. Có khả năng ion hoá chất khí. Đâm xuyên kém. Trong không khí đi được 8cm. b. Tia Bêta (): Gồm  + và     : lệch về bản (+) của tụ điện, thực chất là chùm electron, có điện tích e. Do sự biến đổi: n  p + e + v ( v là phản hạt notrino)  + lệch về phía () của tụ điện (lệch nhiều hơn tia  và đối xứng với   );  + thực chất là electron dương hay pôzitrôn có điện tích +e. Do sự biến đổi: p  n +  +  + ( là hạt notrino) Phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Ion hoá chất khí yếu hơn . Khả năng đâm xuyên mạnh, đi được vài trăm mét trong không khí. Trong từ trường các tia   ,  + ,  đều bị lệch theo phương vuông góc với đường sức từ , do lực Lorentz nhưng vì tia   có điện tích trái dấu với các tia  + ,  nên có xu hướng lệch ngược hướng với các tia  + , . c. Tia gammar () Có bản chất là sóng điện từ bước sóng rất ngắn (λ < 0,01nm), là chùm phôtôn năng lượng cao. Không bị lệch trong điện trường, từ trường. Có các tính chất như Tia X. Khả năng đâm xuyên lớn, có thể đi qua lớp chì vài cm và rất nguy hiểm. Phóng xạ  không làm biến đổi hạt nhân nhưng phóng xạ  luôn đi kèm với các phóng xạ , . 3) Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ: Phóng xạ  ( He 4 2 ): X He Y A Z A Z 4 2 4 2     . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị. Phóng xạ  ( e 01 ): X e Y A Z A Z 1 0 1   . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ  là: p n p e    0 1 1 1 1 0 (p là phản hạt nơtrinô) Phóng xạ + ( e 01 ): X e Y A Z A Z 1 0 1   . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn vàcó cùng số khối. Thực chất của phóng xạ  + là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô:      p n e 0 1 1 0 1 1 và bản chất của tia phóng xạ  + là dòng hạt pôzitrôn (e+ ). (hạt và phản hạt nơtrinô  phải xuất hiện trong các phóng xạ  + ,  là do sự bảo toàn mômen động lượng) Phóng xạ  (hạt phôtôn). Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E1 chuyểnxuống mức năng lượng E2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng:  = h.ƒ = hc  =E1 E2. Trong phóng xạ  không có sự biến đổi hạt nhân  phóng xạ  thường đi kèm theo phóng xạ  và . Hạt phôtôn: Không có khối lượng nghỉ m0 = 0, không có kích thước, không có điện tích, không tồn tại ở trạng thái đứng yên. Nhưng có năng lượng, có động lượng p = hc, có khối lượng tương đối tính m = c2 , có phản hạt là chính nó và chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng Hạt nơtrinô có khối lượng nghỉ  0, không mang điện, có năng lượng, động lượng và mômen động lượng. 4. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ: Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta chế tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong Y học chẳng hạn như xạ trị... Người ta đưa các đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể người. Gọi là nguyên tử đánh dấu, qua đó có thể theo dõi được tình trạng bệnh lí. Trong ngành khảo cổ học, sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon C14 để xác định niên đại của các cổ vật hữu cơ. Trong quân sự các chất phóng xạ được ứng dụng để tạo ra bom nguyên tử có tính hủy diệt lớn, trong công nghiệp ứng dụng sản xuất điện nguyên tử... 5. Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ có 1 chu kì phân rã đặc trưng, đó là khoảng thời gian sau đó lượng chất phóng xạ giảm đi một nửa. Chú ý: Định luật phóng xạ có tính thống kê, nó chỉ đúng với lượng rất lớn số hạt chất phóng xạ. Với mỗi hạt nhân phóng xạ thì quá trình phân rã xảy ra ngẫu nhiên không biết trước tức là không thể áp dụng định luật phóng xạ cho 1 hạt hay một lượng rất ít hạt chất phóng xạ. Xét quá trình phóng xạ: X X Y A Z A Z A Z 2 2 1 1   Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: T t t N N N e    2  . 0 0 Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành: N = N0 N =N0(1 e t) Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: T t t m m m e    2  . 0 0 Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t: m = m0 m =m0(1 e t) Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã: .100% 1 .100% 0 t e m m     Phần trăm chất phóng xạ còn lại: .100% 2 .100% .100% 0 T t t e m m     Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t: A A m e N A N e A N N m t A t A (1 ) (1 ) . 1 0 1 0 1 1         Trong đó: N0, m0 là số nguyên tử và khối lượng chất phóng xạ ban đầu, T là chu kỳ bán rã với  = ln2 T = 0,693 T là hằng số phóng xạ. Còn A, A1 là số khối của chất phóng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành, NA là số Avôgađrô NA = 6,023.1023 mol1 . Trường hợp phóng xạ  + thì A = A1 m1 = m Chú ý:  và T đặc trưng cho chất phóng xạ, nó không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và lượng chất phóng xạ nhiều hay ít) mà chỉ phụ thuộc loại chất phóng xạ (nhưng nếu dùng các bức xạ mạnh gamma hay tia X chiếu vào chất phóng xạ thì sự phóng xạ có thể thay đổi mà thường là làm tăng tốc độ phóng xạ). 6. Độ phóng xạ: (H = λ.N) Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, nó phụ thuộc vào cả loại chất phóng xạ (λ) và lượng chất phóng xạ (N), được đo bằng: số phân rã1s: H H H e N T t t 2 . . 0 0        (H0 = .N0 là độ phóng xạ ban đầu). Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rãgiây; 1Curi (Ci) , 1Ci = 3,7.1010 Bq (1Ci bằng độ phóng xạ của 1g Ra) Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s). Với một chất phóng xạ có chu kì phân rã T rất lớn hơn so với thời gian phân rã t thì trong suốt thời gian t độ phóng xạ H được coi như không đổi và số hạt bị phân rã trong thời gian đó là N = H.t Một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ C14 bằng k lần độ phóng xạ của mẫu gỗ cùng loại và lượng mới chặt (k toả lượng, E < thu lượng); KX động chuyển động hạt X.) Lưu ý: Phóng xạ hay phản ứng hạt nhân khơng tn theo định luật bảo tồn khối lượng, lượng nghỉ, số proton, notron, electron, (năng lượng học) 3) Năng lượng thu – tỏa phản ứng hạt nhân: E = (m0 - m).c2 ( 4 3 2 1XXXX A Z A Z A Z A Z) Trong đó: m0 = mX1 + mX2 tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng m = mX3 + mX4 tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng * Nếu m0 > m  E > phản ứng toả lượng E dạng động hạt X3, X4 phôtôn  Trong phản ứng toả lượng hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững * Nếu m0 < m  E < phản ứng thu lượng |E| dạng động hạt X1, X2 phôtôn  Trong phản ứng thu lượng hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững Các tượng: phóng xạ, phân hạnh, nhiệt hạch phản ứng hạt nhân tỏa lượng 4)Tính lượng thu – tỏa phản ứng hạt nhân theo độ hụt khối lượng liên kết: Xét ứng hạt nhân: 4 3 2 1XXXX A Z A Z A Z A Z Trong đó: X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng 1, 2, 3, 4 Năng lượng liên kết tương ứng E1, E2, E3, E4 Độ hụt khối tương ứng m1, m2, m3, m4 Khi lượng phản ứng hạt nhân E là: E = A33 +A44 - A11 - A22 = E3 + E4 – E1 – E2 = (m0 - m)c2 = (m3 + m4 - m1 - m2)c2 = Ksau pứ - Ktrước pứ (E > toả lượng, E < thu lượng) 5) Áp dụng định luật bảo tồn động lượng tốn hạt nhân: * Mối quan hệ động lượng pX động X XXX X m mvpK 22 2   hạt X là: X X X p X mX KX p m v 2  hay p = m.v = 2mK * Khi tính vận tốc v hay động K thường áp dụng quy tắc hình bình hành: Ví dụ: p p1 p2      biết   p , p      2 cos 2 2ppppp hay (mv)2 = (m1v1) + (m2v2) + 2m1m2v1v2cos hay: mK = m1K1 + m2K2 + m1m2K1K2.cos (Tương tự biết  p p  ,    p p  ,2 ) * Trường hợp đặc biệt:   p , p     = 900 hay p1 p2    ta có 2 2ppp * Tương tự p p   hay p p   tương ứng ta có 22 p2  p  p hay 2 2 p1  p  p * Khi v  = hay p  =0 ta có p1 = p2  2 2 A A m m v v K K  6) Áp dụng định luật bảo toàn cho tốn phóng xạ: Một hạt chất phóng xạ A đứng yên phân rã thành hạt B C theo phương trình: A  B + C * Áp dụng định luật bảo tồn động lượng ta có: BBCCmvmv  0    B B C C m v m v     hay mBvB = mCvC  2mBKB = 2mCKC  C B C 1,00728u, mn = 1,00866u Năng lượng toả nuclôn kết hợp với tạo thành tạo thành 1mol khí hêli là: A 2,7.1012J B 3,5 1012J C 2,7.1010J D 3,5.1010J Câu 476 Tổng hợp hạt nhân heli He He từ phản ứng hạt nhân H Li He  X 1 Mỗi phản ứng tỏa lượng 17,3 MeV Năng lượng tỏa tổng hợp 0,5 mol heli là: A 1,3.1024 MeV B 2,6.1024 MeV C 5,2.1024 MeV D 2,4.1024 MeV Câu 477 Công suất xạ toàn phần mặt trời P = 3,9.1026W Biết phản ứng hạt nhân lòng mặt trời phản ứng tổng hợp hydro thành heli lượng heli tạo thành năm 1,945.1019kg Tính khối lượng hidro tiêu thụ hàng năm là: A mH = 1,945.1019kg B mH = 0,9725.1019kg C mH = 3,89.1019kg D mH = 1,958.1019kg Câu 478 Hạt triti (T) hạt đơtriti (D) tham gia phản ứng kết hợp tạo thành hạt nhân X notron toả lượng 18,06 MeV Biết lượng liên kết riêng T, X 2,7 MeV/nuclon 7,1 MeV/nuclon lượng liên kết riêng hạt D là: A 4,12 MeV B 2,14 MeV C 1,12 MeV D 4, 21 MeV Câu 479 Một nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu U 235 92 trung bình phản ứng tỏa 200 MeV Công suất 1000MW, hiệu suất 25% Tính khối lượng nhiêu liệu làm giàu U 235 92 đến 35% cần dùng năm 365 ngày? A 5,4 B 4,8 C 4,4 D 5,8 Câu 480 Cho phản ứng hạt nhân: A  B + C Biết hạt nhân mẹ A ban đầu đứng yên Kết luận sau hướng trị số tốc độ hạt sau phản ứng đúng? A Cùng phương, chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng B Cùng phương, ngược 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 với khối lượng Câu 481 Một hạt nhân mẹ có số khối A, đứng yên phân rã phóng xạ tạo hạt nhân B C có vận tốc vB vC động KB KC (bỏ qua xạ ) Biểu thức sau đúng: A mB.KB = mC.KC mB.vB = mC.vC B vB.KB = vC.KC mB.vB = mC.vC C mB.KC = mC.KB vB.KB = vC.KC D vB.KB = vC.KC mB.vC = mC.vB Câu 482 Một hạt nhân mẹ có số khối A, đứng yên phân rã phóng xạ  (bỏ qua xạ ) Vận tốc hạt nhân B có độ lớn v Vậy độ lớn vận tốc hạt  là: A v = v A       1 B v = v A       C v = v A      4 D v = v A       4 Câu 483 Hạt nhận mẹ X đứng yên phóng xạ hạt  sinh hạt nhân Y Gọi m mY khối lượng hạt  hạt nhân Y; E lượng phản ứng toả ra, K động hạt  Tính K theo E, m mY A K = E m m Y   B K = E mm m Y     C K = E m mY   D K = E mm m Y Y   Câu 484 Một hạt nhân phóng xạ bị phân rã phát hạt  Sau phân rã, động hạt : A Luôn nhỏ động hạt nhân sau phân rã B Bằng động hạt nhân sau phân rã C Luôn lớn động hạt nhân sau phân rã D Chỉ nhỏ động hạt nhân sau phân rã Câu 485 Hạt Đơteri đứng yên hấp thụ phôtôn xạ gamma có bước sóng  = 4,7.10-13 m phân hủy thành nơtrơn prơtơn Tính tổng động hạt tạo thành Cho h = 6,625.10-34J.s, c = 3.108 m/s khối lượng m(p) = 1,00783u, m(n) = 1,0087u, m(D) = 2,0141 u A 2,26MeV B 2,64MeV C 0,38 MeV D 0,34MeV Câu 486 Chất phóng xạ Po 210 84 phát tia α biến đổi thành Pb 206 82 Biết khối lượng hạt mPb= 205,9744u, mPo = 209,9828u, mα = 4,0026u Coi hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên phân rã khơng có tia γ động hạt α là: A 5,3 MeV B 4,7 MeV C 5,8 MeV D 6,0 MeV Câu 487 Dùng hạt proton có động Kp = 1,6 MeV bắn phá hạt nhân Li đứng yên Sau phản ứng, ta thu hai hạt giống có động phản ứng tỏa lượng Q = 17,4 (MeV) Động hạt sau phản ứng có giá trị là: A K = 8,7 (MeV) B K = 9,5 (MeV) C K = 3,2 (MeV) D K = 35,8 (MeV) Câu 488 Cho phản ứng hạt nhân xảy sau: n + Li  T +  Năng lượng toả từ phản ứng Q = 4,8MeV Giả sử động hạt ban đầu không đáng kể Động nặng hạt  thu sau phản ứng là: A K = 2,74 (MeV) B K = 2,4 (MeV) C K = 2,06 (MeV) D K = 1,2 (MeV) Câu 489 Dùng hạt  có động 7,7 MeV bắn vào hạt nhân N 14 đứng yên gây phản ứng NpO 17 1 14    Hạt proton bay theo phương vng góc với phương bay tới hạt  Cho khối lượng hạt nhân m = 4,0015u,mp = 1,0073u, mN = 13,9992u, mO = 16,9947u, cho 1u = 931,5 MeV/c2 Động hạt O 17 là: A 6,145 MeV B 2,214MeV C 1,345MeV D 2,075MeV Câu 490 Bắn hạt  vào hạt nhân N 14 đứng yên ta có phản ứng: N p O 17 14    Biết hạt sinh có vectơ vận tốc Cho m = 4,0015u; mN = 13,9992u; mp = 1,0072u; mO = 16,9947u; u = 931MeV/c2 Động hạt sinh tính theo động W hạt  biểu thức sau đây? A Wp = W 60 ; WO = W 81 17 B Wp = W 81 ; WO = W 81 17 C Wp = W 81 17 ; WO = W 81 D Wp = W 81 ; WO = W 81 16 Câu 491 Hạt nhân urani U 238 92 đứng yên, phân rã  biến thành hạt nhân thôri (Th) Động hạt  bay chiếm khoảng phần trăm lượng phân rã? A 1,68% B 98,3% C 16,8% D 96,7% Câu 492 Hạt nhân U 234 92 phóng xạ  thành hạt X Ban đầu urani đứng yên, động hạt X chiếm % lượng toả phản ứng Cho khối lượng hạt gần với số khối phóng xạ khơng có tia  kèm theo A 7,91% B 1,71% C 98,29% D 82,9% Câu 493 Dưới tác dụng xạ gamma (), hạt nhân cacbon C 12 tách thành hạt nhân hạt He Tần số tia  4.1021Hz Các hạt Hêli sinh có động Tính động hạt hêli Cho mC = 12,0000u mHe = 4,0015u; u = 1,66.10-27 kg; c = 3.108 m/s; h = 6,6.10-34J.s A 7,56.10-13J B 6,56.10-13J C 5,56.10-13J D 4,56.10-13J Câu 494 Dùng hạt proton có động 5,48 MeV bắn phá vào hạt nhân Na 23 11 đứng yên sinh hạt  hạt X Phản ứng không xạ  Biết động hạt  6,66 MeV Tính động hạt X Cho mp = 1,0073u, mNa = 22,98503u, mX = 19,9869u, m = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2 A 2,64 MeV B 4,68 MeV C 8,52 MeV D 3,43 MeV Câu 495 Cho phản ứng hạt nhân: p Be    X Hạt Be đứng yên Hạt p có động Kp= 5,45 (MeV) Hạt  có động K = 4,00 (MeV) p v v    Động hạt X thu là: A Kx = 2,575 (MeV) B Kx = 3,575 (MeV) C Kx = 4,575 (MeV) D Kx = 1,575 (MeV) Câu 496 Dùng hạt proton có động K1 bắn vào hạt nhân Be đứng yên gây phản ứng p Be Li 4   Phản ứng toả lượng Q = 2,125MeV Hạt nhân  hạt Li bay với cácđộng bằng:K2 = 4MeV K3 = 3,575MeV Tính góc hướng chuyển động hạt  hạt p (biết khối lượng hạt nhân xấp xỉ số khối nó) Cho 1u = 931,6MeV A 450 B 900 C 750 D 1200 Câu 497 Hạt proton có động 4,5MeV bắn vào hạt T đứng yên tạo hạt He nơtron Hạt nơtron sinh có véctơ vận tốc hợp với véctơ vận tốc proton góc 600 Tính động hạt nơtron Cho mT = mHe = 3,016u, mn = 1,009u, mp = 1,007u A 1,26MeV B 1,51MeV C 2,583MeV D 3,873MeV Câu 498 Dùng hạt proton có vận tốc p v  bắn phá hạt nhân Li đứng yên Sau phản ứng, ta thu hai hạt có động vận tốc hạt v, góc hợp p v   v  600 Biểu thức liên hệ sau đúng: A  m mv v p p  B  m mv v p p  C  m mv v pp  D  m mv v pp  Câu 499 Hạt proton có động 5,862MeV bắn vào hạt T đứng yên tạo hạt He nơtron Hạt nơtron sinh có véctơ vận tốc hợp với véctơ vận tốc proton góc 600 Tính động hạt nơtron Cho biết mT = mHe = 3,016u, mn = 1,009u, mp = 1,007u, 1u = 931MeV/c2 A 1,514MeV B 2,48MeV C 1,01MeV D 1,02MeV Câu 500 Một hạt nhân D ( H ) có động 4MeV bắn vào hạt nhân Li đứng yên tạo phản ứng: H Li He   Biết vận tốc hai hạt sinh hợp với góc 1570 Lấy tỉ số hai khối lượng tỉ số hai số khối Năng lượng toả phản ứng là: A 22,4MeV B 21,2MeV C 24,3MeV D 18,6MeV Câu 501 Cho hạt prơtơn có động Kp = 1,8 MeV bắn phá hạt nhân Li đứng yên sinh hai hạt nhân X có độ lớn vận tốc Cho biết khối lượng hạt: mp = 1,0073u, mX = 4,0015u, mLi = 7,0144u, u = 931 MeV/c2 = 1,66.10-27 kg Độ lớn vận tốc hạt sinh sau phản ứng là: A 6,96.107 m/s B 8,75.106 m/s C 5,9.106 m/s D 2,15.107 m/s Câu 502 Người ta dùng prơtơn có động Kp = 5,45 MeV bắn phá vào hạt nhân Be đứng yên sinh hạt  hạt nhân Li Biết hạt  sinh có động 4MeV chuyển động theo phương vng góc với phương chuyển động prơtơn ban đầu Động hạt nhân Li sinh là: A 3,575 MeV B 3,375 MeV C 6,775 MeV D 4,565 MeV ... tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác B Định luật bảo toàn số nuclon định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân C Trong phản ứng hạt nhân toả lượng, hạt nhân sinh bền vững D Hạt nhân. .. Câu 438 Hạt nhân Ra 226 88 phóng hạt  hạt  - chuỗi phóng xạ liên tiếp, hạt nhân tạo thành là: A X 224 84 B X 214 83 C X 218 84 D X 224 82 Câu 439 Phản ứng sau phản ứng hạt nhân nhân tạo?... phản ứng dây chuyền xảy mức tới hạn D Trong lò phản ứng hạt nhân Urani phải có khối lượng nhỏ khối lượng tới hạn Câu 448 Phát biểu sau sai nói phản ứng hạt nhân tỏa lượng: A Trong phản ứng hạt