CHỦ ĐỀ HỆ THỐNG CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN TỪ ĐỀ THI THỬ QUỐC GIA 2017 Câu 1: (Chuyên KHTN) Dùng hạt proton 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 proton 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 4,225 MeV B 3,125 MeV C 1,145 MeV D 2,215 MeV Hướng dẫn: Phương trình phản ứng 11 p 94 Be 63 X 42 + Định luật bảo toàn lượng toàn phần phản ứng hạt nhân m p c D p m Be c m X c D X m c D → m p c m Be c m X c m c D X D D p E + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho phản ứng hạt nhân p 2X p 2 p 2p → 2m X D X 2m D 2m p D p p2 D 2m mp m D p 5, 45 3,575 MeV → D X D mX mX 6 Năng lượng tỏa E D X D D p 3,575 5, 45 2,125 MeV Đáp án D 222 Câu 2: (Chun KHTN) Phương trình phóng xạ α rađi là: 226 88 Ra 86 Rn Cho khối lượng hạt nhân là: m Ra 225,977 u;m Rn 221,970u, m 4,0015u Động hạt α bằng: A 0,09 MeV B 5,03 MeV C 5,12 MeV D 5,21 MeV Hướng dẫn: 222 + Phương trình phản ứng: 226 88 Ra 86 Rn + Định luật bảo toàn lượng toàn phần cho phản ứng hạt nhân m Ra c m c D m Rn c D Rn → D D Rn m Ra c m c m Rn c → Thay giá trị biết vào phương trình ta thu được: D D Rn 225,977 221,970 4,0015 931,5 5,1 MeV (1) + Định luật bảo toàn động lượng cho phản ứng hạt nhân m p 2mD D p Ra p p Rn p 2 p 2Rn 2m D 2m Rn D Rn → D Rn D m Rn 111 Thay vào (1) ta tìm D 5,03MeV Đáp án B Câu 3: (Triệu Sơn) Dùng hạt có động 7,7 MeV bắn vào hạt nhân 14 N đứng yên gây phản ứng N p O Hạt prôtôn bay theo phương vng góc với phương bay tới hạt α Cho khối lượng hạt nhân: m = 4,0015 u; mP = 1,0073 u; m 14 N 13,9992u ; m 17 O 16,9947u Biết 1u = 931,5 MeV/c2 Động 14 1 17 hạt nhân 17 O A 2,075 MeV B 6,145 MeV C 1,345 MeV D 2,214 MeV Hướng dẫn: + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng suy ra: p O2 p 2 p p2 → 2mOKO=2mK + 2mpKp (1) + Định luật bảo toàn lượng: K (m m N m p m O ).931,5 K p K O (2) Có K = 7,7 MeV, giải hệ (1) (2) tìm Kp = 4,417 MeV KO = 2,075 MeV Đáp án A Câu 4: (Quỳnh Cơi) Cho prơtơn có động KP = 2,25 MeV bắn phá hạt nhân Liti 73 Li đứng yên Sau phản ứng xuất hai hạt X giống nhau, có động có phương chuyển động hợp với phương chuyển động prơtơn góc φ Cho biết mp = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2.Coi phản ứng khơng kèm theo phóng xạ gamma giá trị góc φ A 82,70 B 39,450 C 41,350 D 78,90 Hướng dẫn: + Định luật bảo toàn lượng toàn phần cho phản ứng hạt nhân E K p m p c m Li c 2m He c 2K He E n 20 → n 2 K p m p c m Li c 2m He c K he → Thay giá trị biết vào biểu thức ta thu : KHe = 9,7 MeV + Từ hình vẽ ta có : 2m p K p pp 2.1.2, 25 cos 0,12 → φ ≈ 830 2p 1 2m K 2.4.9,7 Đáp án A Câu 5: (Chuyên Phan Bội Châu) Chất phóng xạ 210 84 Po có chu kì bán rã 138 ngày phóng xạ α biến đổi thành hạt chì 206 82 Pb Lúc đầu có 0,2 g Po nguyên chất, sau 414 ngày khối lượng chì thu A 0,0245 g B 0,172 g C 0,025 g Hướng dẫn: + Khối lượng Po bị phân rã sau khoảng thời gian 414 ngày 414 t m m 1 T 0, 1 138 0,175 g + Khối lượng chì tạo thành ứng với phân rã 0,175 g Po là: m 0,175 m Pb A Pb 206 0,172 g A Po 210 Đáp án B D 0,175 g Câu 6: (Sở Cà Mau) Một nhà máy phát điện hạt nhân có cơng suất phát điện 1000MW hiệu suất 25% sử dụng 235 235 U đến 35% ( khối lượng 92 U chiếm 35% khối lượng nhiên liệu) Biết nhiên liệu làm giàu 92 trung bình hạt nhân 235 92 U phân hạch tỏa 200MeV cung cấp cho nhà máy Cho N A 6,022.1023 mol-1, 1MeV 1,6.1013 J Khối lượng nhiên liệu cần dùng năm (365 ngày) là: A 1721,23 kg B 1098,00 kg C 1538,31 kg D 4395,17 kg Hướng dẫn: + Năng lượng mà nhà máy tạo năm E Pt 3,1536.1016 J + Với hiệu suất 0,25 lượng thực tế nhà máy thu từ phản ưng phân hạch E E 100 1, 26144.1017 J 25 + Số phản ứng phân hạch tương ứng E 1, 26144.1017 n 3,942.1027 19 E 200.10 1,6.10 n + Khối lượng Urani tương ứng m A A 1538 kg NA m Vậy khối lượng nhiên liệu m 100 4395 kg 35 Đáp án D Câu 7: (Nam Trực) Hạt nhân 210 84 Po phóng xạ α biến đổi thành hạt nhân Pb có chu kì bán rã T Vào thời điểm t1 tỉ số hạt nhân Pb hạt nhân Po a Vào thời điểm t2 = t1 + 3T tỉ số A 8a B 8a+7 C 3a D 8a + Hướng dẫn: Tỉ số số hạt nhân hạt nhân mẹ thời điểm t T tT1 n Pb a t t1 1 n a T n a 1 8a n Pb Po t1 T t → → → Pb t t 3T n Po n Po t n Pb T n T T Pb t n a 1 t 3T Po t T 23 n Po t T 2 Đáp án B Câu 8: (Gia Viễn) Hạt prơtơn p có động K1 = 5,48 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên thấy tạo thành hạt nhân 63 Li hạt X bay với động K2 = MeV theo hướng vng góc với hướng chuyển động hạt p tới Tính vận tốc chuyển động hạt nhân Li (lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u gần số khối nó) Cho 1u 931,5 MeV/c2 A 0,824.106 m/s B 8, 24.106 m/s C 10,7.106 m/s D 1,07.106 m/s Hướng dẫn: + Bảo toàn động lượng cho phản ứng hạt nhân p p p X p Li → p 2Li p 2X p 2p Kết hợp với p2 = 2mK, ta thu m X K X m p K p 4.4 1.5, 48 K Li 3,58 MeV m Li → Vận tốc Li v 2K Li 2.3,58.106.1,6.1019 10,7.106 m/s 27 m Li 6.1,67.10 Đáp án C Câu 9: (Nguyễn Du) Poloni 210 Po chất phóng xạ α để tạo thành hạt nhân bền với chu kì bán rã 138 ngày Một mẫu 210Po nguyên chất có khối lượng ban đầu 0,01 g Các hạt α phát hứng lên tụ điện phẳng có điện dung 2μF(ban đầu khơng tích điện), cịn lại nối đất Biết tất hạt α sau đập vào tụ tạo thành nguyên tử He Cho NA= 6,02.1023 mol-1 Sau phút hiệu điện hai tụ điện A 3,2V B 80 V C 20 V D 40 V Hướng dẫn: + Số hạt α hứng tụ điện sau phút: t 0,01 n N A 1 T 6,023.1023 1 138.24.60 5.1014 hạt 210 + Mỗi hạt α lấy 2e từ tụ để trở thành nguyên tử Heli, điện tích mà tụ tích q n.2e 1,6.104 V q + Hiệu điện hai tụ: U 80 V C Đáp án A Câu 10: (Nguyễn Du) Cho phản ứng hạt nhân 01 n 63 Li 31 H Hạt nhân 63 Li đứng yên, nơtron có động K n 2, MeV Hạt α hạt nhân 31 H bay theo hướng hợp với hướng tới nơtron góc tương ứng θ = 300 450 Lấy khối lượng hạt nhân số khối tính theo u Bỏ qua xạ gamma Hỏi phản ứng tỏa hay thu lượng ? A Tỏa 1,87 MeV B Thu 1,87 MeV C Tỏa 1,66 MeV D Thu 1,66 MeV Hướng dẫn: + Áp dụng định luật bảo toàn cho phản ứng hạt nhân p sin 300 p H sin 450 pn p pH → 0 p n p cos30 p H cos45 p 2p H 1 → 2p n p p H + Thay (1) vào (2), bình phương hai vế ta thu p 2mK 4p 2n p 2 4m n K n m K 4m n K n 0,32 K m Từ ta tìm MeV m K K H 2m 0, 21 H Vậy phản ứng thu lượng E K n K H K 1,87 MeV Đáp án B Câu 11: (Chuyên Vinh) Dùng proton 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 hạt proton hạt nhân có động 4,0 MeV Khi tính động hạt, lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối chúng Năng lượng tỏa phản ứng A 1,145 MeV B 2,125 MeV C 4,225 MeV D 3,125 MeV Hướng dẫn: Phương trình phản ứng : 11 p 94 Be 63 X 42 + Áp dụng định luật bảo toàn lượng toàn phần cho phản ứng hạt nhân m p c K p m Be c K m c K X m X c Suy : E K K X K p + Dụng bảo toàn động lượng cho phản ứng hạt nhân : p p mp m p 2mK X p p X p p 2X p p p2 KX K Kp mX mX K 3,575 Thay giá trị biết vào biểu thức ta tìm X MeV E 2,125 Đáp án B Câu 12: (Chuyên Vinh) Tàu ngầm hạt nhân loại tàu ngầm vận hành nhờ sử dụng lượng phản ứng hạt nhân Nguyên liệu thường dùng U235 Mỗi phân hạch hạt nhân U235 tỏa lượng trung bình 200 MeV Hiệu suất lò phản ứng 25% Nếu cơng suất lị 400 MW khối lượng U235 cần dùng ngày xấp xỉ A 1,75 kg B 2,59 kg C 1,69 kg D 2,67 kg Hướng dẫn: + Năng lượng mà tàu cần dùng ngày: E = Pt = 3456.1013 J → Với hiệu suất 0,25 lượng thực tế phản ứng phân hạch cung cấp E E 100 1,3824.1014 J 25 + Số hạt nhân Urani phân hạch E 1,3824.1014 n 4,32.1024 19 E 200.10 1,6.10 → Khối lượng Urani cần dùng m A n A 1,69 kg NA Đáp án C Câu 13: (Chun Vinh) Cho hạt prơtơn có động Kp = 1,8 MeV bắn vào hạt nhân 73 Li đứng yên, sinh hai hạt α có tốc độ không sinh tia γ Cho biết: mp =1,0073u, mα = 4,0015 u, mLi = 7,0144 u Hạt a cho bay vào từ trường theo phương vng góc với véc tơ cảm ứng từ B có độ lớn B = 0,4T Bán kính quỹ đạo hạt từ trường xấp xỉ A 1,26 m B 1,12 m C 1,34 m D 1,46 m Hướng dẫn: Năng lượng phản ứng E 2K K p m p m Li 2m c 17, 42 MeV → Kα = 9,61 MeV + Tốc độ hạt α 2K 2.9,61.106.1,6.1019 mv → v 2, 2.107 m/s m 4,0015.1,67.1027 + Khi hạt bay từ trường thi lực Lorenxo dóng vai trị lực hướng tâm m v v q e FL q vB m r 1,12 m r q B Đáp án B K Câu 14: (Chuyên KHTN) Tính chu kỳ bán rã T chất phóng xạ, cho biết thời điểm t1, tỉ số hạt nhân hạt nhân mẹ 7, thời điểm t2 sau t1 414 ngày, tỷ số 63: A.126 ngày B.138 ngày C.207 ngày D.552 ngày Hướng dẫn: Ta có : t T N1 t tT1 N 2 0,125 T → t 414 → T = 138 ngày t1 414 N T T 0,015625 2 63 2t 414 N0 T Đáp án B Câu 15: (Quốc Học) Một người điều trị ung thư phương pháp chiếu xạ gama Biết chất phóng xạ dùng điều trị có chu kì bán rã 100 ngày Cứ 10 ngày người lại chiếu xạ lần Ở lần chiếu xạ bác sĩ chiếu xạ với thời gian 20 phút Nếu dùng lượng chất phóng xạ ban đầu lần chiếu xạ lần chiếu xạ thứ sáu để nhận lượng chiếu xạ trên, người phải chiếu A 20 phút B 10 phút C 30,3 phút D 20 phút Hướng dẫn: + Lượng phóng xạ gama mà người nhận lần xạ trị t m m0 1 T + Lượng chất phóng xạ lại đến lần xạ trị thứ (mất 50 ngày) 50 m m m 100 + Lượng chất phóng xạ nhận lần xạ trị thứ 6: t m0 1 T 2 t t t 7200 Ta có: m m 1 T 1 144000 → t 20 phút 1 T 1 2 2 Đáp án A m ... Câu 11: (Chuyên Vinh) Dùng proton 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 hạt proton hạt nhân có động 4, 0... án B Câu 8: (Gia Viễn) Hạt prôtôn p có động K1 = 5 ,48 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên thấy tạo thành hạt nhân 63 Li hạt X bay với động K2 = MeV theo hướng vng góc với hướng chuyển động hạt. .. 84 Po phóng xạ α biến đổi thành hạt nhân Pb có chu kì bán rã T Vào thời điểm t1 tỉ số hạt nhân Pb hạt nhân Po a Vào thời điểm t2 = t1 + 3T tỉ số A 8a B 8a+7 C 3a D 8a + Hướng dẫn: Tỉ số số hạt