Chủ đề được biên tập khá khoa học, có ví dụ minh họa và bài tập tự luyện có kèm lời giải chi tiết rất tốt để cho giáo viên tham khảo dạy thêm và học sinh tự học. Đây là chủ đề được học sinh thử nghiệm ở các trung tâm và được ủng hộ tốt.
Chủ đề 13: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ NHIỆT HẠCH Phản ứng phân hạch - Định nghĩa: Là phản ứng có hạt nhân nặng hấp thụ nơtrơn chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng số nơtrơn tỏa lượng lớn (khoảng 200 MeV ) - Cơ chế phản ứng phân hạch: Để phản ứng xảy phải truyền cho hạt nhận mẹ X lượng đủ lớn (giá trị tối thiểu lượng gọi lượng kích hoạt) Cách đơn giản để truyền lượng kích hoạt cho hạt nhân mẹ X cho nơtrôn bắn vào X để X bắt (hoặc hấp thụ) nơtrôn chuyển sang trạng thái kích thích Trạng thái không bền kết xảy phân hạch sơ đồ: A Z X+ n→ X∗ → A1 Z1 X1 + A2 Z2 X2 + k n +) Như trình phân hạch hạt nhân X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích +) Các hạt nhận X , X phản ứng có số khối A1 , A2 trung bình từ 80 đến 160 Ví dụ: 235 92 U + 10 n → 236 92 138 U → 95 39 Y + 53 I + n - Đặc điểm +) Là phản ứng tỏa lượng, với phản ứng lượng tỏa ∆E ≈ 200 MeV +) Năng lượng tỏa dạng động hạt +) Sau phản ứng có từ – nơtrơn chậm sinh nơtrơn thực phân hạch +) Nguyên liệu thường dùng cho phản ứng phân hạch 235 92 U 239 94 Pu - Phản ứng dây chuyền: Các nơtrơn tạo thành sau phân hạch có động lớn (nơtrôn nhanh) thường bị 238 U hấp thụ hết ngồi khối Urani Nếu chúng làm chậm lại gây phân hạch cho hạt 235 U khác khiến cho phân hạch trở thành phản ứng dây chuyền Trên thực tế khơng phải nơtrơn sinh gây phân hạch (vì có nhiều nơtrơn bị mát bị hấp thụ tạp chất nhiên liệu, bị 238U hấp thụ mà không gây nên phân hạch, bay khối nhiên liệu…) Vì muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét đến số nơtrơn trung kình k lại sau phân hạch Gọi k số nơtrôn trung bình lại sau phân hạch tiếp tục 235 U hấp thụ +) Nếu k < : Phản ứng dây chuyền xảy Hệ thống gọi hạn +) Nếu k = : Phản ứng dây chuyền xảy kiểm soát Hệ thống gọi tới hạn Đây chế hoạt động nhà máy điện nguyên tử +) Nếu k > : số phân hạch tăng lên nhanh với tốc độ k , k , k , Phản ứng dây chuyền trở thành thác lũ khơng kiểm sốt Hệ thống gọi vượt hạn Đây chế nổ bom ngun tử Số nơtrơn bị tỉ lệ diện tích mặt ngồi, số nơtrơn sinh tỉ lệ với thể tích Vì phải tích đủ lớn (tức khối lượng m đủ lớn) Muốn k ≥ khối lượng Urani Plutoni phải đạt đến giá trị tối thiểu gọi khối lượng tới hạn mth Ví dụ 235U làm giàu mth = 15 kg Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy k ≥ m ≥ mth - Lò phản ứng hạt nhân: +) Là nơi để tạo phản ứng phân hạch dây chuyền trì kiểm sốt ( k = 1) +) Nhiên liệu phân hạch lò phản ứng hạt nhân thường 235 92 U 239 94 Pu +) Năng lượng tỏa từ lò phản ứng không đổi theo thời gian +) Để đảm bảo cho k = người ta dùng điều khiển chứa Bo hay Cd, chất có tác dụng hấp thụ nơtrơn (khi số nơtrơn lò tăng lên nhiều người ta cho điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu để hấp thụ số nơtrôn thừa) Phản ứng nhiệt hạch - Khái niệm: Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng Ví dụ: 2 H + 12 H → H + 13 H → - Đặc điểm 4 He + 10 n + MeV He + 10 n + 17,5 MeV +) Một phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhỏ phản ứng phân hạch tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch +) Các phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao, khoảng 50 đến 100 triệu độ nhiệt độ cao hạt nhân nhẹ thu động đủ lớn thắng lực đẩy Culông tiến lại gần đến mức lực hạt nhân tác dụng kết hợp chúng lại ⇒ điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch nhiệt độ phải lớn (lên đến hàng triệu độ) +) Năng lượng mặt trời có nguồn gốc từ phản ứng nhiệt hạch +) Con người tạo phản ứng nhiệt hạch dạng khơng kiểm sốt (sự nổ bom khinh khí) +) So với lượng phân hạch, lượng nhiệt hạch ưu việt nguồn nhiên liệu dồi dào, không gây ô nhiễm môi trường - Chú ý: +) Nếu lượng nhiên liệu m ( kg ) ⇒ Số hạt X: N = m N A A −13 Năng lượng tỏa phản ứng: ∆E1 Ví dụ: Phân hạch ∆E1 ≈ 200 MeV ≈ 200.1,6.10 J ⇒ Năng lượng tỏa ra: ∆E = N ∆E1 +) Năng lượng tỏa lò phản ứng: ∆E = P.∆t Trong P cơng suất hoạt động lò, ∆t thời gian hoạt động lò E = mc +) Năng lượng xạ Mặt trời E ( m khối lượng mặt trời bị giảm xạ) P = ∆t Ví dụ 1: Nhà máy điện nguyên tử dùng 235 U có cơng suất 600 MW hoạt động liên tục năm Cho biết hạt nhân bị phân hạch tỏa lượng trung bình 200MeV , hiệu suất nhà máy 20% a) Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy năm? b) Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy cơng suất có hiệu suất 75% Biết suất tỏa nhiệt dầu 3.107 J / kg So sánh lượng dầu với Urani ? Lời giải: a) Vì H = 20% nên công suất urani cần cung cấp cho nhà máy là: P = 600.10 Năng lượng nhiên liệu tỏa cần cung cấp cho nhà máy năm 100 = 3.109 W 20 A = P.t = 3.109.365.24.60.60 = 9, 46.1016 J Một phản ứng phân hạch tỏa 200 MeV, để tạo lượng A cần N phản ứng Số hạt nhân 235U phân hạch số phản ứng hạt nhân xảy ra: A 9, 46.1016 N= = = 2,956.1027 hạt −13 −13 200.1, 6.10 200.1, 6.10 Khối lượng 235 U cung cấp cho nhà máy m = n AU = N 2,956.1027 AU = 235 ≈ 1153920 g ≈ 1154 kg NA 6, 02.1023 b) Vì H = 75% nên cơng suất dầu cần cung cấp cho nhà máy là: P = 600.10 100 = 800.106 W 75 Năng lượng dầu cung cấp cho năm A = P.t = 800.106.365.24.60.60 = 2,523.1016 J Lượng dầu cần cung cấp A 2,523.1016 m= = = 841.106 kg 7 3.10 3.10 Như vậy, lượng dầu cần dùng gấp: 841.106 ≈ 7,3.105 lần so với urani 1154 Ví dụ 2: Một nhà máy điện ngun tử có cơng suất phát điện 182.107 W, dùng lượng phân hạch hạt nhân 235 U với hiệu suất 30% Trung bình hạt 235U phân hạch tỏa lượng 200 MeV Lấy số Avogadro 6, 023.10 23 mol −1 Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối 235U nguyên chất A 2333 kg B 2461 kg C 2362 kg D 2263 kg Lời giải: Năng lượng có ích: Ai = Pt Năng lượng có ích phân hạch: Q1 = H ∆E Số hạt cần phân hạch: N = Ai Pt = Q1 H ∆E Khối lượng ⇔m= 235 U cần phân hạch: m = Pt AU N AU = NA N A H ∆E 182.107 ( 365.24.60.60 ) 235 ≈ 2332715 g ≈ 2333 kg Chọn A 6, 023.1023.0,3.200.1, 6.10−13 Ví dụ 3: Một tàu ngầm có cơng suất 160 kW, dùng lượng phân hạch hạt nhân 235U với hiệu suất 20% Trung bình hạt 235 U phân hạch tỏa lượng 200 MeV Hỏi sau 23 tiêu thụ hết 0,5 kg 235 U nguyên chất? Coi N A = 6, 023.10 A 592 ngày B 593 ngày C 594 ngày D 595 ngày Lời giải: Số phản ứng số hạt nhân 235 U phân hạch: N = m N A A Năng lượng tỏa N phản ứng phân hạch: 200 MeV N Do H = 20% nên lượng lượng tỏa cung cấp cho tàu là: A = H 200MeV N = 200MeV Thời gian sử dụng hết 0,5 kg = 235 U : t = H m.N A A A 200 MeV H m.N A = P P A 200.1, 6.10 −13.0, 2.0,5.103.6, 02.10 23 ≈ 51234043 s ≈ 593 ngày Chọn B 160.103.235 − Mo + 139 phản ứng phân hạch Uranin 57 La + n + 7e Biết khối lượng hạt nhân: mU = 234,99 u; m Mo = 94,88 u; m La = 138,87 u; m n = 1, 0087 u Ví dụ 4: 235 92 U + 10 n → 95 42 235 U Cho suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg Khối lượng xăng cần dùng để tỏa lượng tương đương gam 235U phân hạch A 1616 kg B 1717 kg C 1818 kg D 1919 kg Lời giải: Số hạt nhân nguyên tử N= 235 U gam vật chất U m N A = 6,02.1023 = 2,5617.10 21 hạt A 235 Năng lượng tỏa giải phóng hồn tồn hạt nhân phân hạch ∆E = ( m0 − m ) c = ( mU + mn − mMo − mLa − 2mn ) c = 215,3403 MeV Năng lượng gam U phản ứng phân hạch E = N ∆E = 2,5617.1021.215,3403 = 5,5164.10 23 MeV = 8,8262.1010 J Khối lượng xăng cần dùng để có lượng tương đương m= E 8,8262.1010 = ≈ 1919 kg Chọn D 46.106 46.106 Ví dụ 5: Cho phản ứng H + H → He + n + 17,6MeV Lấy số Avogadro N A = 6, 022.10 23 mol −1 , 1MeV = 1,6.10 −13J Năng lượng tỏa tổng hợp g khí Heli xấp xỉ A 4, 24.108 J B 4, 24.105 J C 5, 03.1011 J D 4, 24.1011 J Lời giải: Mỗi phản ứng sinh He nên số phản ứng số hạt He: N = N He = mHe N A = 6, 02.1023 = 1,505.1023 AHe Một phản ứng tỏa 17, MeV nên với N phản ứng lượng tỏa Q= N ∆E =1,505.10 23.17, 6.1, 6.10 −13 ≈4, 24.1011 J Chọn D −13 Ví dụ 6: Cho phản ứng hạt nhân D + D → T + p + 5,8.10 ( J ) Nước tự nhiên chứa 0, 015 % nước nặng D2O Cho biết khối lượng mol D2O 20 g/mol số Avôdrô N A = 6, 022.10 23 Nếu dùng tồn D có kg nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu A 2, 6.109 J B 2, 7.109 J C 2,5.109 J D 5, 2.109 J Lời giải: Số phản ứng nửa số hạt D: mD2O 103 ( g ) 0, 015% 1 N = N D = N D2O = N A = 6, 02.10 23 = 4,51.10 21 2 20 20 Q = N ∆E = 4,51.10 21.5,8.10−13 ≈ 2, 6.109 J Chọn A Ví dụ 7: [Trích đề thi THPT QG năm 2007] Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Mặt trời giảm lượng 3, 744.1014 kg Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Công suất xạ (phát xạ) trung bình mặt trời A 3,9.1020 MW B 4,9.1040 MW C 5,9.1010 MW D 3,9.1015 MW Lời giải: Công suất xạ trung bình mặt trời 14 E mc 3, 744.10 ( 3.10 ) P= = = = 3,9.1026 W = 3,9.1020 MW Chọn A t t 86400 Ví dụ 8: Mặt trời có khối lương 2.1030 kg cơng suất xạ 3,9.1026 W Nếu cơng suất xạ khơng đổi sau khối lượng giảm 0,01%? Xem năm có 365 ngày A 0,85 tỉ năm B 1,46 tỉ năm C 1,54 tỉ năm D 2,12 tỉ năm Lời giải: Ta có: P= ∆m = 0, 01 % ⇒ ∆m = 0, 01% m m E ∆m.c 0, 01%.mc = = ∆t ∆t ∆t 30 0, 01%mc 0, 01%.2.10 ( 3.10 ) ⇒ ∆t = = = 4, 6.106 s =1,46.109 năm Chọn B P 3,9.1026 2 Ví dụ 9: Năng lượng tỏa 10 g nhiên liệu phản ứng H + H → He + n + 17,6MeV 235 139 95 E1 10 g nhiên liệu phản ứng n + 92 U → 54 Xe + 38 Sr + 20 n + 210 MeV E2 Ta có A E1 > E2 B E1 = 12E2 C E1 = 4E2 D E1 = E2 Lời giải: 2 Phản ứng thứ g H g H có N A hạt nhân H N A hạt nhân H Tức g nhiên liệu có N A phản ứng Do số phản ứng 10 g nhiên liệu N A ⇒ E1 = N A 17, MeV ( *) Trong phản ứng thứ hai bỏ qua khối lượng n Trong 235 g nhiên liệu có N A hạt nhân tức có N A phản ứng Do số phản ứng xảy 10 g nhiên liệu 10N A 10.N A ⇒ E2 = 210 MeV 235 235 235 92 U ⇒ E1 N A 17, = = 3,939 ≈ ⇒ E1 = E2 Chọn C E2 10 N A 210 235 235 139 94 Ví dụ 10: Biết 235U bị phân hạch theo phản ứng sau: n + 92 U → 53 I + 39Y + 30 n Khối lượng hạt tham gia phản ứng: mU = 234,99332u; m n = 1, 0087u; m I = 138,8970u; mY = 93,89014u ; 1uc = 931,5 MeV Nếu có lượng hạt nhân 235 U đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1010 hạt 235U phân hạch theo phương trình sau phản ứng dây chuyền xảy khối hạt nhân với hệ số nhân nơtrơn k = Coi phản ứng khơng phóng xạ gamma Năng lượng tỏa sau phân hạch dây chuyền (kể phân hạch kích thích ban đầu): A 175,85 MeV B 11, 08.1012 MeV C 5, 45.1013 MeV D 8, 79.1012 MeV Lời giải: Phương trình phản ứng: n + U → 235 92 139 53 94 I + 39 Y + 310 n Năng lượng tỏa sau phân hạch: ∆E = ( mU + mn − mI − mY − 3mn ) c = 0,18878 uc = 175,84857 MeV = 175,85MeV Khi phân hạch kích thích ban đầu sau phân hạch dây chuyền số phân hạch xảy + + + + 16 = 31 Do số phân hạch sau phân hạch dây chuyền từ 1010 phân hạch ban đầu N = 31.1010 Năng lượng tỏa ra: E = N ∆E = 31.1031.175,85 = 5, 45.1013 Chọn C Ví dụ 11: Trong vụ thử hạt nhận, bom hạt nhân sử dụng phân hạch đồng vị 235 92 U với hệ số nhân nơtrôn k ( k < 1) Giả sử U phân hạch phản ứng tạo 200MeV Coi lần đầu có phân hạch lần phân hạch xảy đồng loạt Sau 85 phân hạch bom giải phóng tổng cộng 343,87 triệu kWh Giá trị k A 2,0 B 2,2 C 2,4 D 1,8 Lời giải: 235 92 Lần 1: có hạt 235 U bị phân hạch tạo k nơtrơn Lần 2: có k hạt 235 Lần 3: có k hạt 235 … U bị phân hạch tạo k nơtrôn U bị phân hạch tạo k nơtrôn Lần 85: có k 84 hạt ⇒ Tổng số hạt 235 235 U bị phân hạch tạo k 85 nơtrôn U phân hạch đến lần phân hạch thứ 85 là: N = + k + k + + k 84 k 85 − = k −1 ⇒ Tổng lượng giải phóng: Q = N ∆E ⇔ 343,87.106.3, 6.106 = k 85 − 200.1, 6.10 −13 ⇒ k ≈ Chọn A k −1 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu Hạt nhân sau phân hạch ? A 239 92 U B 238 92 U C 12 C D 239 94 U Câu Phát biểu sau sai nói phản ứng phân hạch? A Phản ứng phân hạch phản ứng hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ B Phản ứng phân hạch kích thích phản ứng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron chuyển sang trạng thái kích thích, sau vỡ thành hai mảnh nhẹ kèm vài nơtron C Phản ứng phân hạch xảy hạt nhân nặng truyền lượng kích hoạt cỡ vài MeV D Giống phóng xạ, sản phẩm sau phân hạch hoàn toàn xác định Câu Gọi k số nơtron trung bình lại sau phân hạch, điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy A k < B k = C k > D k ≥ Câu Hãy chọn câu Sai Những điều kiện cần phải có để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền gì? A Sau lần phân hạch, số nơtron trung bình giải phóng phải lớn B Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn (lớn khối lượng tới hạn) để tạo nên phản ứng dây chuyền C Phải có nguồn tạo nơtron D Nhiệt độ phải đưa lên cao Câu Chọn câu sai nói phản ứng phân hạch ? A Phản ứng phân hạch phản ứng tỏa lượng B Phản ứng phân hạch tượng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình C Phản ứng phân hạch người chưa thể kiểm soát D Phản ứng phân hạch người kiểm sốt Câu Hạt nhân 235 92 U hấp thụ hạt nơtron sinh x hạt α , y hạt β − hạt 208 82 Pb hạt nơtron Hỏi x,y có giá trị nào? A x = 6, y = B x = 7, y = C x = 6, y = D x = 2, y = Câu Chọn câu sai Phản ứng phân hạch dây chuyền A phản ứng phân hạch xảy liên tiếp hạt nhân nặng hấp thụ nơtron sinh từ phân hạch trước B Ln kiểm sốt C Xảy số nơtron trung bình nhận sau phân hạch lớn D Xảy số nơtron trung bình nhận sau phân hạch Câu Trong phản ứng phân hạch hạt nhân, phần tử sau có đóng góp lượng lớn xảy phản ứng ? A Động nơtron B Động proton C Động hạt D Động electron Câu Sự phân hạch hạt nhân urani 235 92 U hấp thụ nơtron chậm xảy theo nhiều cách Một cách cho phương trình 235 92 U + 10 n → 140 54 94 Xe + 38 Sr + k10 n Số nơtron tạo phản ứng A k = B k = C k = Câu 10 Phát biểu sau sai nói phản ứng phân hạch? A Urani phân hạch tạo nơtron B Urani phân hạch hấp thụ nơtron chuyển động nhanh D k = C Urani phân hạch tỏa lượng lớn D Urani phân hạch vỡ thành hai hạt nhân có số khối từ 80 đến 160 Câu 11 Sự phân hạch vỡ hạt nhân nặng A cách tự phát thành nhiều hạt nhân nhẹ B thành hai hạt nhân nhẹ hấp thu nơtron C thành hai hạt nhân nhẹ vài nơtron, sau hấp thụ nơtron chậm D thành hai hạt nhân nhẹ cách tự phát Câu 12 Phản ứng nhiệt hạch A phân chia hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ kèm theo tỏa nhiệt B kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình thành hạt nhân nặng nhiệt độ cao C phân chia hạt nhân nặng thành hạt nhân nhẹ D kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng điều kiện nhiệt độ cao Câu 13 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hạt nhân A thu nhiệt lượng lớn B cần nhiệt độ cao thực C hấp thụ nhiệt lượng lớn D hạt nhân nguyên tử bị nung chảy thành nuclon Câu 14 Tìm kết luận sai nói phản ứng nhiệt hạch Phản ứng nhiệt hạch A tỏa lượng lớn B tạo chất thải thân thiện với mơi trường C xảy có khối lượng vượt khối lượng tới hạn D xảy nhiệt độ cao (từ chục đến trăm triệu độ) Câu 15 Chọn câu sai nói phản ứng nhiệt hạch A Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng B Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao C Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao nên gọi phản ứng thu lượng D Phản ứng nhiệt hạch người chưa thể kiểm soát Câu 16 Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy A hạt nhân nhẹ ban đầu phải điều kiện nhiệt độ cao B số n trung bình sinh phải lớn C ban đầu phải có nơtron chậm D phải thực phản ứng lòng mặt trời lòng ngơi Câu 17 Chọn câu sai nói phản ứng phân hạch, nhiệt hạch ? A Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng B Phản ứng xảy nhiệt độ cao (hàng trăm triệu độ) nên gọi phản ứng nhiệt hạch C Xét lượng tỏa đơn vị khối lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn nhiều phản ứng phân hạch D Một phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhiều phản ứng phân hạch Câu 18 Chọn câu sai A Nguồn gốc lượng mặt trời chuỗi liên tiếp phản ứng nhiệt hạch xảy B Trên trái đất người thực phản ứng nhiệt hạch: bom gọi bom H; nhà máy điện nguyên tử C Nguồn nhiên liệu để thực phản ứng nhiệt hạch dễ kiếm, đơteri triti có sẵn nước biển D Phản ứng nhiệt hạch có ưu điểm lớn bảo vệ mơi trường tốt chất thải sạch, không gây ô nhiễm môi trường Câu 19 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch hai phản ứng hạt nhân trái ngược A phản ứng tỏa, phản ứng thu lượng B phản ứng xảy nhiệt độ thấp, phản ứng xảy nhiệt độ cao C phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, phản ứng phá vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ D phản ứng diễn biến chậm, phản nhanh Câu 20 Phản ứng nhiệt hạch A phản ứng hạt nhân thu lượng B phản ứng kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành hạt nhân nặng C nguồn gốc lượng Mặt trời D tách hạt nhân nặng thành hạt nhân nhẹ nhờ nhiệt độ cao Câu 21 Phát biểu sai nói phản ứng hạt nhân? A Phản ứng phân hạch phản ứng hạt nhân tạo hai hạt nhân nhẹ hơn, có tính phóng xạ B Khi hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hạt nhân trung bình tỏa lượng lớn C Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp với thành hạt nhân nặng tỏa lượng D Phản ứng tổng hợp hạt nhân phân hạch tỏa lượng Câu 22 Một hạt nhân 235 U phân hạch tỏa lượng 200 MeV Tính khối lượng Urani tiêu thụ 24 nhà máy điện ngun tử có cơng suất 5000 kW Biết hiệu suất nhà máy 17% A 61 g B 21 g C 31 g D 41 g Câu 23 Một phản ứng xảy lò phản ứng là: n+ A 236 U → 92 U→ 235 92 143 57 La + 87 35 Br + m.10 n với m số nơtron, m bằng: B C D 10 Câu 24 Tìm phát biểu sai phản ứng nhiệt hạch: A Sự kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng tỏa lượng B Mỗi phản ứng kết hợp tỏa lượng bé phản ứng phân hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng kết hợp tỏa lượng nhiều C Phản ứng kết hợp tỏa lượng nhiều, làm nóng mơi trường xung quanh nên gọi phản ứng nhiệt hạch D Bom H ứng dụng phản ứng nhiệt hạch dạng phản ứng nhiệt hạch khơng kiểm sốt Câu 25 Chọn câu sai: A Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ lại phần tám B Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ bị phân rã ba phần tư C Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ lại phần tư D Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ lại phần chín Câu 26 Tìm phát biểu sai phản ứng hạt nhân: A Phản ứng hạt nhân trình biến đổi tương tác dẫn đến biến đổi hạt nhân nguyên tử B Trong phương trình phản ứng hạt nhân: A + B → C + D A, B, C , D hạt nhân hay hạt p, n, e− C Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân mà hạt nhân mẹ A biến đổi thành hạt nhân B hạt α hạt β D Các phản ứng hạt nhân xảy lò phản ứng, máy gia tốc, không xảy tự nhiên Câu 27 Trong lò phản ứng phân hạch U235, bên cạnh nhiên liệu có điều khiển B, Cd Mục đích điều khiển là: A Làm giảm số nơtron lò phản ứng hấp thụ B Làm cho nơtron có lò chạy chậm lại C Ngăn cản phản ứng giải phóng thêm nơtron D A C Câu 28 Chọn câu phát biển đúng: A Độ phóng xạ lớn khối lượng chất phóng xạ lớn B Độ phóng xạ phụ thuộc vào chất chất phóng xạ C Chỉ có chu kỳ bán rã phụ thuộc độ phóng xạ D Có thể thay đổi độ phóng xạ yếu tố hóa, lý mơi trường bên ngồi Câu 29 Phản ứng phân hạch U235 dùng lò phản ứng hạt nhân bom nguyên tử Tìm khác biệt lò phản ứng bom nguyên tử A Số nơtron giải phóng phản ứng phân hạch bom nguyên tử nhiều lò phản ứng B Năng lượng trung bình nguyên tử urani giải phóng bom nguyên tử nhiều lò phản ứng C Trong lò phản ứng số nơtron gây phản ứng phân hạch khống chế D Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch nhỏ bom nguyên tử Câu 30 Điều sau sai nói tượng phóng xạ? A Hiện tượng phóng xạ chất xảy nhanh cung cấp cho nhiệt độ cao B Hiện tượng phóng xạ nguyên nhân bên hạt nhân gây C Hiện tượng phóng xạ tuân theo định luật phóng xạ D Hiện tượng phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân Câu 31 Hạt nhân α 210 84 Po đứng n phóng xạ α , sau phóng xạ đó, động hạt A lớn động hạt nhân B nhỏ động hạt nhân C động hạt nhân D nhỏ động hạt nhân Câu 32 Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani 235 U lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 200 MeV Khi kg 235U phân hạch hồn tồn tỏa lượng A 8, 21.1013 J B 4,11.1013 J C 5, 25.1013 J D 6, 23.10 21 J Câu 33 Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani 235 U lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 200 MeV Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu Urani, có cơng suất 500 000 kW, hiệu suất 20% Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani A 961 kg B 1121 kg C 1352,5 kg D 1421 kg Câu 34 Do phát xạ nên ngày khối lượng Mặt trời giảm lượng 3,744.1014 kg Biết vận tốc ánh sáng chân không 3.108 m/s Cơng suất xạ trung bình Mặt trời bằng: A 6,9.1015 MW B 3,9.1020 MW C 5,9.1010 MW Câu 35 Biết U235 bị phân hạch theo phản ứng sau: n + U → 235 92 D 4,9.1040 MW 139 53 94 I + 39 Y + 310 n Khối lượng hạt tham gia phản ứng: mU = 234,99332u; m n = 1, 0087u; m I = 138,8970u; mY = 93,89014u; 1uc = 931, 5MeV Nếu có lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1012 hạt U235 phân hạch theo phương trình sau phản ứng dây chuyền xảy khối hạt nhân với hệ số nhân nơtrơn k = Coi phản ứng khơng phóng xạ gamma Năng lượng tỏa sau phân hạch dây chuyền (kể phân hạch kích thích ban đầu): B 5, 45.1015 MeV A 175,85 MeV C 5, 45.1013 MeV D 8, 79.1012 MeV Câu 36 Mặt trời có khối lượng 2.1030 kg công suất xạ 3,8.1028 W Nếu cơng suất xạ khơng đổi sau tỉ năm khối lượng Mặt trời giảm phân trăm so với khối lượng Lấy năm = 365 ngày A 0,07% Câu 37 B 0,005% Trong phản ứng C 0,05% tổng hợp Hêli: D 0,007% Li + 11H → 42 He + 42 He Biết mLi = 7, 0144u; m H = 1, 0073u; m He = 4, 0015u; 1u = 931,5MeV/c Nhiệt dung riêng nước c = 4,19 kJ/kg/k −1 Nếu tổng hợp Hêli từ (g) liti lượng tỏa đun sôi nước 00 C là: A 4, 25.105 kg B 5, 7.105 kg C 7, 25.105 kg D 9,1.105 kg Câu 38 Trong phản ứng vỡ hạt nhận urani U235 lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 200 MeV Một nhà máy điện ngun tử dùng ngun liệu urani, có cơng suất P, hiệu suất 30% Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani 2461 kg Tính P? A 1800 MW B 1920 MW C 1900 MW D 1860 MW Câu 39 Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất 160 kW, dùng lượng phân hạch U235, hiệu suất H = 20% Mỗi hạt U235 phân hạch tỏa lượng 200 MeV Với 500 g U235 nhà máy hoạt động bao lâu? A 500 ngày B 590 ngày C 593 ngày D 565 ngày LỜI GIẢI CHI TIẾT Câu Hạt nhân 12 C khơng thể phân hạch, phân hạch thường xảy với hạt nhân nặng Chọn C Câu Phản ứng hạt nhân phản ứng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng số nơtron tỏa lượng lớn (khoảng 200 MeV) Chọn C Câu Khi k ≥ xảy phản ứng dây chuyền Chọn D Câu Để xảy phản ứng hạt nhân dây chuyền cần có nguồn tạo nơtron cho số nơtron trung bình giải phóng phải ≥ mà không cần nhiệt độ cao Chọn D Câu Phản ứng phân hạch lò phản ứng hạt nhân người kiểm soát được, với hệ số k = 1, không để xảy phản ứng phân hạch dây chuyền Chọn C Câu Phương trình phản ứng hạt nhân: 235 92 U + 10 n → x24α + y−01β − + 208 82 Pb + 410 n Bảo toàn số khối: 235 + = x + y + 208 + ⇒ x = Bảo tồn điện tích: 92 + = x − y + 82 + 4.0 ⇒ x − y = 10 ⇒ y = 2.6 − 10 = Chọn C Câu Phản ứng phân hạch dây chuyền k ≥ không kiểm sốt được, ví dụ bom ngun tử; người kiểm soát phản ứng phân hạch với k = Chọn B Câu ∆E = K sau − K truoc , động hạt có đóng góp lượng lớn xảy phản ứng Chọn C Câu Bảo toàn số khối: 235 + = 140 + 94 + k ⇒ k = Chọn D Câu 10 Urani phân hạch hấp thụ nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình từ 80 – 160, tạo vài nơtron thứ cấp, đồng thời tỏa lượng lớn cỡ 200 MeV Chọn B Câu 11 Sự phân hạch vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ vài nơtron, sau hấp thụ nơtron chậm Chọn C Câu 12 Phản ứng nhiệt hạch kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng điều kiện nhiệt độ cao Chọn D Câu 13 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hạt nhân cần nhiệt độ cao thực được, ví dụ phản ứng nhiệt hạch lòng mặt trời kết hợp hạt nhận H thành hạt nhân He Chọn B Câu 14 Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao, tỏa lượng lớn, tạo chất thải thân thiện với mơi trường vd khí He Chọn C Câu 15 Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao phản ứng tỏa lượng Chọn C Câu 16 Điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch hạt nhân nhẹ ban đầu phải điều kiện nhiệt độ cao Chọn A Câu 17 Một phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng phản ứng phân hạch Còn xét đơn vị khối lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch Do nguồn nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch hạt nhân nhẹ Chọn D Câu 18 Trên trái đất người vơ tình tạo phản ứng nhiệt hạch bom khinh khí H Trong nhà máy điện nguyên tử phản ứng phân hạch Chọn B Câu 19 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch hai phản ứng hạt nhân trái ngược phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, phản ứng phá vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ Cả hai phản ứng tỏa nhiệt Chọn C Câu 20 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng, kết hợp hai hạt nhân có khối lượng nhẹ thành hạt nhân nặng Có nguồn gốc từ lượng mặt trời Chọn C Câu 21 Phản ứng phân hạch khơng có tính phóng xạ Chọn A Câu 22 Năng lượng nhà máy tiêu dùng 24 h E = Pt = 2,54.1012 ( J ) = 1,588.1025 MeV H Năng lượng tỏa phân chia hết kg urani: W = NW0 = Lượng urani tiêu thụ 24 h bằng: m = m.N A W0 = 5,126.1026 MeV A E = 0, 031 kg Chọn C W Câu 23 Ta có: m = 236 − 143 − 87 = Chọn B Câu 24 Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tạo thành hạt nhân nặng Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng Chọn C −t Câu 25 Khối lượng chất phóng xạ lại thời gian t m ( t ) = m0 T dó sau chu kỳ bán rã, chất phóng xạ lại 1/8 Chọn D Câu 26 Phản ứng hạt nhân xảy trọng tự nhiên (hiện tượng phóng xạ) Chọn D Câu 27 Trong lò phản ứng phân hạch U235, bên cạnh nhiên liệu có điều khiển B, Cd Mục đích điều khiển hấp thụ notron Chọn A −t T −t T −t ln Câu 28 Độ phóng xạ H ( t ) = λ N ( t ) = H = λ.N = N T T Do độ phóng xạ phụ thuộc vào chu kì bán rã T số hạt nhân chứa chất phóng xạ, khối lượng chất phóng xạ lớn số hạt nhân lớn Đáp án A Chọn A Câu 29 Trong lò phản ứng số nơtron gây phản ứng phân hạch khống chế Chọn C Câu 30 Quá trình phóng xạ có tính tự phát khơng điều khiển được, khơng chịu tác động yếu tố mơi trường ngồi nhiệt độ, áp suất Chọn A Câu 31 Bảo tồn động lượng ta có: Câu 32 Trong 1kg 235 Kα mhn = mà mhn > mα ⇒ Kα > K hn Chọn A K hn mα 24 U có N = 2,56.10 hạt nhân ⇒ Năng lượng tỏa W = N 200 = 5,13.10 26 MeV = 8, 21.1013 J Chọn A Câu 33 Năng lượng nhà máy tiêu thụ năm E = Pt = 7,884.1016 J = 4,9275.1029 MeV H Năng lượng tỏa phân chia hết 1kg Urani W = N ∆E = Lượng Urani tiêu thụ năm m = m N A ∆E = 5,126.1026 MeV M E = 961,3kg Chọn A W Câu 34 Năng lượng nghỉ mặt trời : E = mc = 3,744.1014.3.108 = 3,3696.10 23 J Cơng suất trung bình mặt trời: P = E E = = 3,9.10 26 = 3,9.1020 MW Chọn B t 86400 Câu 35 Năng lượng tỏa sau phân hạch ∆E = ( mU + mn − mI − mY − 3mn ) c = 175,85MeV Khi kích thích phân hạch ban đầu, sau phản ứng phân hạch, số phân hạch xảy + + + + 16 = 31 Do số phân hạch sau phân hạch dây chuyền số phân hạch xảy N = 31.1010 Năng lượng tỏa E = N ∆E = 5, 45.1013 MeV Chọn B Câu 36 Mỗi giây mặt trời giảm P = mc ⇔ m = P = 4, 2.109 kg / s c Sau 109 năm = 3,15.1016 s giảm 1,32.1026 kg ⇒ tỷ lệ giảm 0,007% Chọn D Câu 37 Năng lượng tỏa tổng hợp He từ loại Li ∆E = 17, 41905MeV Năng lượng tỏa tổng hợp 1g Heli E = ∆E.N = ∆E m N A = 1,5.1024 MeV = 2,39.1011 J M Ta có Q = mC ∆t ⇒ m = 57.107 g = 5, 7.105 kg Chọn B Câu 38 Năng lượng phân rã 1kg urani: W = ∆E.N = ∆E m N A = 5,12.1026 MeV M Năng lượng nhà máy tiêu thụ hết năm E = W.m = 1, 26.1030 MeV = 2, 016.1017 J Công suất P P = E.H = 1920MW Chọn B t Câu 39 Năng lượng phân rã 500g urani W = ∆ E N = ∆E m N A = 2,56.10 26 MeV = 4, 098.1013 J M Thời gian hoạt động nhà máy: t = WH ≈ 593 ngày Chọn C P ... MeV +) Một phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhỏ phản ứng phân hạch tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch +) Các phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao,... xảy nhiệt độ cao (từ chục đến trăm triệu độ) Câu 15 Chọn câu sai nói phản ứng nhiệt hạch A Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng B Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao C Phản ứng nhiệt hạch. .. độ) nên gọi phản ứng nhiệt hạch C Xét lượng tỏa đơn vị khối lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn nhiều phản ứng phân hạch D Một phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhiều phản ứng phân hạch Câu 18