1 cấu tạo phản ứng hạt nhân image marked

Các chuyên đề Vật Lý 12 VẬT LÝ HẠT NHÂN + CẤU TẠO + + PHẢN ỨNG HẠT NHÂN + A TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN - Theo mơ hình ngun tử Rutherford: Hạt nhân tích điện dương  Ze (Z số thứ tự ngun tố bảng tuần hồn), kích thước hạt nhân nhỏ, nhỏ kích thước nguyên tử khoảng 104  105 lần I Cấu tạo hạt nhân: - Hạt nhân cấu tạo thành hai loại hạt proton notron, hai loại hạt có tên chung nucleon Hạt Điện tích Khối lượng e Proton 1, 67262.1027 kg Notron 1, 67493.1027 kg - Số proton hạt nhân Z, với Z số thứ tự nguyên tố bảng tuần hoàn; Z gọi nguyên tử số - Tổng số nucleon mơt hạt nhân kí hiệu A A gọi số khối Kết quả, số notron hạt nhân A  Z - Một hạt nhân X có nguyên tử số Z số khối A kí hiệu: AZ X - Các hạt nhân có nguyên tử số Z khác số khối A gọi hạt nhân đồng vị - Hạt nhân xem hình cầu có bán kính R phụ thuộc vào số khối A cho công thức R  R A với R  1, 2.1015 m II Khối lượng hạt nhân Đơn vị khối lượng nguyên tử: - Đơn vị u có giá trị khối lượng nguyên tử đồng vị 126 C , cụ thể là: 12 27 1u  1, 66055.10 kg - Khối lượng nucleon xấp xỉ 1u Khối lượng lượng: - Theo thuyết tương đối Anhxtanh vật có khối lượng m có lượng E tương ứng ngược lại: E  mc - Năng lượng (tính đơn vị eV) tương ứng với khối lượng 1u xác định: MeV E  uc  931,5 MeV  1u  931,5 c - Cũng theo thuyết tương đối, vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 m m0 v2 c2 - Năng lượng toàn phần E bao gồm lượng nghỉ động hạt E  E d  E với E  mc E  m c 1  Động hạt E d   m  m  c B ĐỘ HỤT KHỐI, NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN: I Độ hụt khối: - Khối lượng hạt nhân luôn nhỏ tổng khối lượng nucleon tạo thành hạt nhân  Độ chênh lệch hai khối lượng gọi độ hụt khối hạt nhân, kí hiệu Δm: m  Zm p   A  Z  m n  m X II Năng lượng liên kết - Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tỏa tổng hợp nucleon riêng lẻ thành hạt nhân lượng thu vào để phá vỡ hạt nhân thành nucleon riêng lẻ Wlk   Zm p   A  Z  m n  m X  c  mc - Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính nucleon có hạt nhân Wlk  Zm p   A  Z  m n  m X  c mc    A A A C PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Định nghĩa đặc tính Thực nghiệm chứng tỏ rằng, hạt nhân tương tác với biến thành hạt nhân khác – trình gọi phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân chia thành hai loại a Phản ứng hạt nhân tự phát: - Quá trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác b Phản ứng hạt nhân kích thích: - Q trình hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân AZ11 A  AZ22 B  AZ33 C  AZ44 D + Định luật bảo toàn điện tích: Z1  Z2  Z3  Z4 + Định luật bảo toàn số khối (số nucleon): A1  A  A  A + Định luật bảo toàn lượng toàn phần: E1  E  E  E Với lượng toàn phần tổng lượng nghỉ động hạt: E  E  E d  mc  mv 2 + Định luật bảo toàn động lượng: Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12     p1  p  p3  p P2 2m Năng lượng tỏa hay thu vào phản ứng hạt nhân: Mối liên hệ động động lượng: E  E  E t  E s   m t  ms  c Nếu: E  phản ứng tỏa lượng E  phản ứng thu lượng Một số hạt nhân thường gặp Tên gọi Kí hiệu Cơng thức Prôtôn p 1p Đơteri D 1H Triti Anpha T  Bêta trừ  1 Bêta cộng  Nơtrôn n Hyđrô nặng H Hyđrô siêu nặng He Hạt nhân Hê li Chi Hyđrô nhẹ e Electron e n Poozitrôn(Phản hạt electron) Không mang điện B PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Phản ứng phân hạch gì? - Phân hạch phản ứng hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ Phản ứng phân hạch kích thích: - Các nhà khoa học tính tốn để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt nhân X phải truyền cho hạt nhân X lượng đủ lớn – giá trị tối thiểu gọi lượng kích hoạt, vào cỡ vài MeV Phương pháp dễ dàng cho notron bắn vào X để X “bắt” notron Khi X “bắt” notron chuyển lên trạng thái kích thích X* Trạng thái không bền vững kết xảy phân hạch Năng lượng phân hạch: - Phản ứng phân hạch phản ứng hạt nhân tỏa lượng - Năng lượng phản ứng phân hạch tỏa vào khoảng 200 MeV, phần lớn động mảnh vỡ - Phản ứng phân hạch tạo photon số notron Phản ứng phân hạch dây chuyền: 235 Sự phân hạch 92 U có kèm theo giải phóng 2,5 nơtron (tính trung bình) với lượng lớn Các nơtron kích thích hạt nhân khác chất phân hạch tạo nên phản ứng phân hạch Kết phản ứng phân hạch xảy liên tiếp tạo thành phản ứng dây chuyền a Điều kiện phản ứng dây chuyền xảy ra: Giả sử sau lần phân hạch, có k nơtron giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 92 U khác tạo nên phân hạch Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát khơng đổi + Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh, gây nên bùng nổ Để k ≥ khối lượng chất phân hạch phải đạt đến giá trị tối thiểu gọi 235 239 khối lượng tới hạn Khối lượng tới hạn 92 U vào cỡ 15kg, 94 Pu vào cỡ 5kg b Phản ứng hạt nhân có điều khiển: + Được thực lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k  + Dùng điều khiển có chứa Bo hay Cađimi hấp thụ nơron thừa để đảm bảo 239 239 Pu hay 94 Pu k  Nhiên liệu phân hạch lò phản ứng thường 94 + Năng lượng toả từ lị phản ứng khơng đổi theo thời gian BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Hạt nhân Triti ( T13) có : A nuclơn, có prơtơn B nơtrơn (nơtron) prơtơn C nuclơn, có nơtrơn (nơtron) D prôtôn nơtrôn (nơtron) Câu 2: Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật bảo toàn A số nuclôn B số nơtrôn (nơtron) C khối lượng D số prôtôn Câu 3: Hạt nhân bền vững có A số nuclơn nhỏ B số nuclơn lớn C lượng liên kết lớn D lượng liên kết riêng lớn 2 Câu 4: Xét phản ứng hạt nhân: H  H  He  01 n Biết khối lượng hạt nhân mH = 2,0135u ; mHe = 3,0149u ; mn = 1,0087u ; u = 931 MeV/c2 Năng lượng phản ứng toả A 7,4990 MeV B 2,7390 MeV C 1,8820 MeV D 3,1654 MeV Câu 5: Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết A tính cho nuclơn B tính riêng cho hạt nhân C cặp prôtôn-prôtôn D cặp prôtôn-nơtrôn (nơtron) 23 Câu 6: Biết số Avôgađrô 6,02.10 /mol, khối lượng mol urani U92238 238 g/mol Số nơtrôn (nơtron) 119 gam urani U238 A 8,8.1025 B 1,2.1025 C 4,4.1025 D 2,2.1025 Câu 7: Cho: mC = 12,00000 u; mp = 1,00728 u; mn = 1,00867 u; 1u = 1,66058.10-27 kg; 1eV  1, 6.1019 J ; c = 3.108 m/s Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 126 C thành nuclôn riêng biệt A 72,7 MeV B 89,4 MeV C 44,7 MeV D 8,94 MeV 37 Câu 8: Hạt nhân 17 Cl có khối lượng nghỉ 36,956563u Biết khối lượng nơtrôn (nơtron) là1,008670u, khối lượng prôtôn (prôton) 1,007276u u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 37 17 Cl A 9,2782 MeV B 7,3680 MeV C 8,2532 MeV D 8,5684 MeV 238 234 Câu 9: Trong trình phân rã hạt nhân 92 U thành hạt nhân 92 U , phóng hạt α hai hạt A nơtrôn (nơtron) B êlectrôn (êlectron) C pôzitrôn (pôzitron) D prôtôn (prôton) Câu 10: Biết số Avôgađrô NA = 6,02.1023 hạt/mol khối lượng hạt nhân số khối 27 Số prơtơn (prơton) có 0,27 gam 13 Al Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 A 6,826.1022 C 9,826.1022 Câu 11: Hạt nhân B 8,826.1022 D 7,826.1022 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 104 Be A 0,6321 MeV B 63,2152 MeV C 6,3215 MeV D 632,1531 MeV Câu 12: Hạt nhân A đứng n phân rã thành hạt nhân B có khối lượng mB hạt  có khối lượng m Tỉ số động hạt nhân B động hạt  sau phân rã m A  mB m  B  B   m  m C B m m  D     mB  Câu 13: Biết NA = 6,02.1023 mol-1 Trong 59,50 g 238 92 U có số nơtron xấp xỉ 23 25 A 2,38.10 B 2,20.10 C 1,19.1025 D 9,21.1024 20 Câu 14: Cho phản ứng hạt nhân: 23 11 Na  H  He  10 Ne Lấy khối lượng hạt nhân 23 11 Na ; 20 10 Ne ; He ; H 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u 1u = 931,5 MeV/c2 Trong phản ứng này, lượng A thu vào 3,4524 MeV B thu vào 2,4219 MeV C tỏa 2,4219 MeV D tỏa 3,4524 MeV Câu 15: Biết khối lượng prôtôn; nơtron; hạt nhân 16 O 1,0073 u; 1,0087 u; 15,9904 u 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng liên kết hạt nhân 16 O xấp xỉ A 14,25 MeV B 18,76 MeV C 128,17 MeV D 190,81 MeV Câu 16: Giả sử hai hạt nhân X Y có độ hụt khối số nuclôn hạt nhân X lớn số nuclôn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hạt nhân Y C lượng liên kết riêng hai hạt nhân D lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân Y Câu 17: Cho phản ứng hạt nhân: 31T  21 D  42 He  X Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ A 15,017 MeV B 200,025 MeV C 17,498 MeV D 21,076 MeV Câu 18: Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, động hạt chuyển động với tốc độ 0,6c (c tốc độ ánh sáng chân không) A 1,25m0c2 B 0,36m0c2 C 0,25m0c2 D 0,225m0c2 Câu 19: Cho ba hạt nhân X, Y Z có số nuclơn tương ứng AX, AY, AZ với A X  2A Y  0,5A Z Biết lượng liên kết hạt nhân tương ứng ΔEX, ΔEY, ΔEZ với ΔEZ < ΔEX < ΔEY Sắp xếp hạt nhân theo thứ tự tính bền vững giảm dần A Y, X, Z B Y, Z, X C X, Y, Z D Z, X, Y 210 Câu 20 : Hạt nhân 84 Po đứng n phóng xạ α, sau phóng xạ đó, động hạt α A lớn động hạt nhân B nhỏ động hạt nhân C động hạt nhân D nhỏ động hạt nhân Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 Câu 21: Dùng prơtơn có động 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên Phản ứng tạo hạt nhân X hạt α Hạt α bay theo phương vng góc với phương tới prơtơn có động MeV Khi tính động hạt, lấy khối lượng hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối chúng Năng lượng tỏa phản ứng A 3,125 MeV B 4,225 MeV C 1,145 MeV D 2,125 MeV 40 Câu 22: Cho khối lượng prôtôn; nơtron; 18 Ar ; Li là: 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u u = 931,5 MeV/c2 So với lượng liên kết riêng hạt nhân 40 Li lượng liên kết riêng hạt nhân 18 Ar A lớn lượng 5,20 MeV B lớn lượng 3,42 MeV C nhỏ lượng 3,42 MeV D nhỏ lượng 5,20 MeV Câu 23: Cho phản ứng hạt nhân H  H  He  01 n  17, 6MeV 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 Câu 24: Dùng hạt prôtôn có động 1,6 MeV bắn vào hạt nhân liti  Li  đứng yên Giả sử sau phản ứng thu hai hạt giống có động không kèm theo tia  Biết lượng tỏa phản ứng 17,4 MeV Động hạt sinh A 19,0 MeV B 15,8 MeV C 9,5 MeV D 7,9 MeV 40 Câu 25: So với hạt nhân 29 , hạt nhân có nhiều Si Ca 14 20 A 11 nơtrôn prôtôn B nơtrôn prôtôn C nơtrôn prôtôn D nơtrôn 12 prôtôn 210 Câu 26: Pơlơni 84 Po phóng xạ  biến đổi thành chì Pb Biết khối lượng hạt nhân Po; MeV ; Pb là: 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u 1u  931,5 Năng lượng c tỏa hạt nhân pôlôni phân rã xấp xỉ A 5,92 MeV B 2,96 MeV C 29,60 MeV D 59,20 MeV Câu 27: Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ  biến thành hạt nhân Y Gọi m1 m2, v1 v2, K1 K2 tương ứng khối lượng, tốc độ, động hạt  hạt nhân Y Hệ thức sau ? v m K v m K A   B   v2 m2 K v1 m1 K1 v m K v m K C   D   v m1 K v m1 K1 Câu 28: Giả sử phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng hạt trước phản ứng nhỏ tổng khối lượng hạt sau phản ứng 0,02 u Phản ứng hạt nhân A thu lượng 18,63 MeV B thu lượng 1,863 MeV C tỏa lượng 1,863 MeV D tỏa lượng 18,63 MeV Câu 29: Bắn prôtôn vào hạt nhân Li đứng yên Phản ứng tạo hai hạt nhân X giống bay với tốc độ theo phương hợp với phương tới prôtôn góc 600 Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối Tỉ số tốc độ prơtơn tốc độ hạt nhân X 1 A B C D Câu 30: Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng nghỉ êlectron chuyển động với tốc độ Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 A 2,75.108 m/s B 2,24.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2,41.108 m/s Câu 31: Tổng hợp hạt nhân heli 42 He từ phản ứng hạt nhân 11 H  73 Li  42 He  X Mỗi phản ứng tỏa lượng 17,3 MeV Năng lượng tỏa tổng hợp 0,5 mol heli A 1,3.1024 MeV B 2,6.1024 MeV C 5,2.1024 MeV D 2,4.1024 MeV Câu 32: Các hạt nhân đơteri 21 H ; triti 31 H , heli 42 He có lượng liên kết 2,22 MeV; 8,49 MeV 28,16 MeV Các hạt nhân xếp theo thứ tự giảm dần độ bền vững hạt nhân A 21 H ; 42 He ; 31 H B 21 H ; 31 H ; 42 He C 42 He ; 31 H ; 21 H D 31 H ; 42 He ; 21 H Câu 33: Một hạt nhân X, ban đầu đứng yên, phóng xạ  biến thành hạt nhân Y Biết hạt nhân X có số khối A, hạt  phát tốc độ v Lấy khối lượng hạt nhân số khối tính theo đơn vị u Tốc độ hạt nhân Y 4v 2v 4v 2v A B C D A4 A4 A4 A4 35 Câu 34: Hạt nhân 17 Cl có A 17 nơtron B 35 nuclơn C 18 prôtôn D 35 nơtron 235 Câu 35: Biết khối lượng hạt nhân 92 U 234,99 u , prôtôn 1,0073 u 235 nơtron 1,0087 u Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 92 U là: A 7,95 MeV/nuclôn B 6,73 MeV/nuclôn C 8,71 MeV/nuclôn D 7,63 MeV/nuclôn Câu 36: Một hạt nhân chất phóng xạ A đứng n phân rã tạo hai hạt B C Gọi mA, mB, mC khối lượng nghỉ hạt A, B, C c tốc độ ánh sáng chân khơng Q trình phóng xạ tỏa lượng Q Biểu thức sau đúng? A m A  m B  m C B m A  Q  m B  m C c 2 C m A  Q  m B  m C D m A  Q  m B  m C c c Câu 37: Dùng hạt α bắn phá hạt nhân nitơ đứng yên thu hạt prơtơn hạt 17 nhân ôxi theo phản ứng : 42  14 N 8 O 1 p Biết khối lượng hạt phản ứng là: mα = 4,0015 u; mN = 13,9992 u; mO = 16,9947 u; mP = 1,0073 u Nếu bỏ qua động hạt sinh động tối thiểu hạt α A 3,007 MeV B 1,211 MeV C 29,069 MeV D 1,503 MeV 2 Câu 38: Cho phản ứng hạt nhân : D 1 D 2 He  n Biết khối lượng 12 D , 32 He , 01 n mD = 2,0135u; mHe = 3,0149 u; mn = 1,0087u Năng lượng tỏa phản ứng A 1,8821 MeV B 2,7391 MeV C 7,4991 MeV D 3,1671 MeV 19 16 Câu 39: Cho phản ứng hạt nhân: X + F  He 8 O Hạt X A anpha B nơtron C đơteri D prôtôn 3 Câu 40: Hai hạt nhân T He có A số nơtron B số nuclơn C điện tích D số prơtơn Câu 41: Hạt nhân có độ hụt khối lớn có A lượng liên kết nhỏ B lượng liên kết lớn C lượng liên kết riêng lớn D lượng liên kết riêng nhỏ Câu 42: Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 200 MW Cho toàn lượng mà lò phản ứng sinh phân hạch 235U đồng vị bị tiêu hao Bùi Xuân Dương Trang Các chuyên đề Vật Lý 12 trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađrô NA = 6,02.1023 mol-1 Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ năm A 461,6 kg B 461,6 g C 230,8 kg D 230,8 g 14 Câu 43: Dùng hạt  có động 7,7 MeV bắn vào hạt nhân N đứng yên gây 17 phản ứng  14 N 1 p  O Hạt prôtôn bay theo phương vng góc với phương bay tới hạt  Cho khối lượng hạt nhân: m = 4,0015u; mP = 1,0073u; mN14 = 13,9992u; mO = 16,9947u Biết 1u = 931,5 MeV/c2 Động hạt nhân 17 O A 2,075 MeV B 2,214 MeV C 6,145 MeV D 1,345 MeV Câu 44: Cho khối lượng hạt prôtôn, nơtrôn hạt nhân đơteri D 1,0073u; MeV 1,0087u 2,0136u Biết 1u  931,5 Năng lượng liên kết hạt nhân 21 D là: c A 2,24 MeV B 4,48 MeV C 1,12 MeV D 3,06 MeV Câu 45: Cho khối lượng prôtôn, nơtron hạt nhân He là: 1,0073 u; 1,0087u 4,0015u Biết 1uc2 = 931,5 MeV Năng lượng liên kết hạt nhân 42 He A 18,3 eV B 30,21 MeV C 14,21 MeV D 28,41 MeV 19 16 Câu 46: Trong phản ứng hạt nhân: F  p 8 O  X , hạt X A êlectron B pôzitron C prôtôn D hạt  Câu 47: Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân có A khối lượng, khác số nơtron B số nơtron, khác số prôtôn C số prôtôn, khác số nơtron D số nuclôn, khác số proton 35 Câu 48: Hạt nhân 17 Cl có A 17 nơtron B 35 nơtron C 35 nuclôn D 18 prôtôn Câu 49: Năng lượng liên kết riêng hạt nhân tính A tích lượng liên kết hạt nhân với số nuclôn hạt nhân B tích độ hụt khối hạt nhân với bình phương tốc độ ánh sáng chân không C thương số khối lượng hạt nhân với bình phương tốc độ ánh sáng chân khơng D thương số lượng liên kết hạt nhân với số nuclôn hạt nhân Câu 50: Số prôtôn số nơtron hạt nhân nguyên tử 137 55 Cs A 55 82 B 82 55 C 55 137 D 82 137 235 Câu 51: Trong phân hạch hạt nhân 92 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 tự trì gây nên bùng nổ C Nếu k > phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy D Nếu k = phản ứng phân hạch dây chuyền khơng xảy Bùi Xuân Dương Trang ... 2,20 .10 C 1, 19 .10 25 D 9, 21. 1024 20 Câu 14 : Cho phản ứng hạt nhân: 23 11 Na  H  He  10 Ne Lấy khối lượng hạt nhân 23 11 Na ; 20 10 Ne ; He ; H 22,9837 u; 19 ,9869 u; 4,0 015 u; 1, 0073 u 1u = 9 31, 5... – trình gọi phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân chia thành hai loại a Phản ứng hạt nhân tự phát: - Quá trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác b Phản ứng hạt nhân kích thích:... hạt nhân 16 O xấp xỉ A 14 ,25 MeV B 18 ,76 MeV C 12 8 ,17 MeV D 19 0, 81 MeV Câu 16 : Giả sử hai hạt nhân X Y có độ hụt khối số nuclôn hạt nhân X lớn số nuclôn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân