chuyên đề bài tâp hạt nhân

Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 Chuyên đề “ Vật lí hạt nhân” là phần cuối cùng trong Tuyển tập các chuyên đề vật lí 12 . Được hoàn thành bởi lớp 12A – Trường THPT Vinh Xuân , niên khoá 2009 – 2010 . Dưới sự hướng dẫn của giáo viên Trần Nhật Trung – các chuyên đề được viết nhằm mục đích tổng quát hoá các vấn đề trong từng chương học của Vật lí 12. Giúp các bạn học sinh có thể nắm vững kiến thức và phương pháp giải toán Vật lí luyện thi Tốt Nghiệp , Đại Học – Cao Đẳng. Với cách trình bày ngắn và chứng minh một số công thức tổng quát để áp dụng giải nhanh chóng bài tập . Chuyên đề này viết với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay nên không đạt nặng vấn đề lí luận mà chủ yếu là các dạng bài tập và giải bài với phương châm “nhanh và đúng” . Chuyên đề được chia làm 4 phần chính và cuối cùng là mục tổng hợp lí thuyết nhằm củng cố đầy đủ kiến thức cho các bạn học sinh nắm vững để tự tin bước vào các phòng thi đầy căng thẳng. Mỗi phần lại được chia thành 3 mục : tóm tắt lí thuyết , phương pháp giải bài tập và bài tập áp dụng . Vì cũng là học sinh phổ thông nên chúng tôi hy vọng rằng những kiến thức mà chúng tôi biên soạn sẽ phù hợp và dễ hiểu với số đông các bạn học sinh 12 . Những biên soạn trong chuyên đề đã được cân nhắc từ chính thực tế nhu cầu học của học sinh và cũng sát với các đề thi trắc nghiệm của Bộ Giáo Dục & Đào Tạo . Vật lí là môn khoa học rộng lớn nên những gì chúng tôi biên soạn có thể còn thiếu và chưa hoàn thiện tốt. Hơn nứa, trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những sai sót . Do đó chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của bạn đọc để tuyển tập lần sau được hoàn thiện hơn . Chúng tôi xin chân thành cám ơn ! Mọi chi tiết đóng góp xin liên hệ mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Vinh Xuân – Thừa Thiên Huế, ngày 13 tháng 4 năm 2010 . Nhóm TÁC GIẢ Nhóm biên soạn : Nguyễn Anh Tuấn – Võ Ngọc Thuần – Đỗ Xuân Nhạ – Nguyễn Công Tín Nguyễn Văn Tịnh – Nguyễn Thị Kim Liên – Trương Thị Như Ý – Hoàng Trọng Diệu Nguyễn Lương Huynh – Trần Thị Minh Nguyệt – Nguyễn Quốc Bảo . Biên tập và chỉnh sửa : χπν 13 / βνχ 014 0 . mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   1 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 I .TÓM TẮT LÍ THUYẾT : 1. Cấu tạo hạt nhân : a) Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nuclôn gồm : + prôtôn ( p ) có m p = 27 10.67262,1 − kg , điện tích : +e . + nơtrôn (n ) có m n = 27 10.67493,1 − kg , không mang điện tích . - Kí hiệu hạt nhân : X A Z . Trong đó : +Z là số hiệu nguyên tử , chính là số thứ tự trong bảng HTTH . + A gọi là số khối , là tổng số các nuclon trong hạt nhân . ⇒ số nơtron = A – Z . b) Kích thước hạt nhân : Nếu coi hạt nhân nguyên tử là một khối cầu bán kính R thì ta có sự phụ thuộc giữa R và số khối A là : R = 1,2. 3 1 15 .10 A − (m) . 2. Đồng vị : là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton nhưng có số nơtron khác nhau . - Các đồng vị phóng xạ được chia làm hai loại : + đồng vị bền : trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại này . + đồng vị phóng xạ ( không bền) : có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo . 3. Đơn vị khối lượng nguyên tử : - kí hiệu là u và có trị số bằng 1 / 12 khối lượng của đồng vị C 12 6 . Khi đó : 1u = 27 10.66055,1 − kg . Từ hệ thức Anh-xtanh : E= mc 2 ⇒ 1u = 931,5 MeV /c 2 . 4. Độ hụt khối và năng lượng liên kết : a) Lực hạt nhân : là lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân. Lực này có đặc điểm là lực hút , có bán kính tác dụng rất nhỏ - cỡ 10 -15 m và có cường độ rẩt lớn nên còn gọi là lự tương tác mạnh . b) Độ hụt khối : là hiệu số khối lượng giữa khối lượng hạt nhân và tổng khối lượng các nuclon cấu tạo nên hạt nhân đó . Ta có công thức tính độ hụt khối của hạt nhân : Δm = ∑ m p + ∑ m n ─ m ( chú ý đơn vị là u ). c) Năng lượng liên kết : - Từ hệ thức Anh-xtanh : E = mc 2 . Ta thấy 1 phần khối lượng của các hạt nuclon đã chuyển thành năng lượng liên kết các hạt nhân trong nguyên tử với nhau ( vì thế nên m < m 0 ) : năng lượng đó được gọi là năng lượng liên kết của hạt nhân và có trị số : W lk = Δm.c 2 . Năng lượng liên kết càng lớn thì lực liên kết giữa các nuclôn càng mạnh . mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   2 Chun đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XN : 12A 2009 - 2010 ─ Để đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân ta có đại lượng năng lượng liên kết riêng là : A W lk . Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững . II . PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP . Loại 1 : Tìm độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân : a) Độ hụt khối : của một hạt nhân X A Z Δm = ∑ m p + ∑ m n ─ m = Zm p + (A – Z)m n ─ m . (1.1) b) Năng lượng liên kết : - tính độ hụt khối và suy ra năng lượng liên kết của hạt nhân : W lk = Δm.c 2 = Δm.931 (MeV) (1.2) Chú ý : thường thì đề bài cho 1u = 931 MeV/c 2 nhưng nếu đề khơng cho thì cứ lấy giá trị chuẩn ( theo cách lấy của đề thi đại học ) là 1u = 931,5 MeV/c 2 . - có thể đề u cầu tính năng lượng cần thiết để tách ( năng lượng toả ra) của N hạt nhân X A Z . Chính là năng lượng liên kết của 1 hạt nhân đó . - Và N hạt nhân thì có năng lượng là : E = N.W lk ( MeV). Ví dụ 1: [07A] Cho m C = 12 u, m p = 1.00728u, m n = 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 C 12 6 thành các nuclon riêng biệt bằng : A. 8,94 MeV B. 44,7 MeV C. 89,4 MeV D. 72,7 MeV Giải - Ta phải tính 1u bằng bao nhiêu MeV ? Năng lượng của 1u ( tính theo đơn vị J ) bằng : 1u = mc 2 /c 2 = (1,66058.10 – 27 .9.10 16 )/ c 2 = 1,494522.10 -10 J / c 2 . Mà 1,6.10 – 13 J thì bằng 1 MeV . Suy ra 1,494522.10 -10 J bằng ⇒ 07,934 10.6,1 10.494522,1 13 10 = − − MeV Vậy 1u = 934,07 MeV/ c 2 . - Năng lượng cần thiết để tách hạt nhân C 12 6 thành các nuclơn riêng biệt chính là năng lượng liên kết của hạt nhân C 12 6 : E = W lk = Δm.c 2 = (6.m p +6.m n – m C ).c 2 = (6.1.00728 +6.1,00867 – 12).934,07 = 8489,4 MeV. Đáp án : C. Ví d ụ 2 : Xem ban đầu hạt nhân 12 6 C đứng yên .Cho biết m C =12,0000u ; mα = 4,0015u. Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân 12 6 C thành ba hạt α là 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 mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Khơng ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   3 Chun đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XN : 12A 2009 - 2010 - Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 12 C thành 3 hạt nhân α chính là năng lượng cần cung cấp cho do độ hụt khối của 1C tạo 3α : - Năng lượng đó bằng : Q = (m C – m α ).c 2 = – 0,0045u.c 2 = – 4,1895 MeV = – 6,7.10 –13 J Dấu trừ chứng tỏ phản ứng cần cung cấp năng lượng . ⇒ Chọn đáp án A Ví d ụ 3 : Cho phản ứng phân hạch Uran 235 : 1 0 n +235 235 92 U → 144 56 Ba + 89 36 Kr + 3 1 0 n + 200 MeV. Biết 1u = 931 MeV/c2. Độ hụt khối của phản ứng bằng: A. 0,3148u B.0,2248u C. 0,2848u D. 0,2148u Giải - Ta có năng lượng toả ra của phản ứng trên là : Q = (m 0 – m ).c 2 = Δm.c 2 = 200 MeV. - Suy ra độ hụt khối của phản ứng bằng : Δm = 2148,0 931 200 931 == Q u . ⇒ Chọn đáp án D. Loại 2 : Tính năng lượng liên kết riêng và so sánh tính bền vững của các hạt nhân. - Ta tính năng lượng liên kết riệng bằng : A W lk MeV/nuclon. - Rồi so sánh năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân với nhau : hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững . Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 trong bảng HTTH thường bền hơn các ngun tử của các hạt nhân còn lại . Ví dụ 1:[08A] Hạt nhân Be 10 4 có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrơn (nơtron) m n = 1,0087u, khối lượng của prơtơn (prơton) m P = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c 2 . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 là Be 10 4 A. 0,6321 MeV. B. 63,2152 MeV. C. 6,3215 MeV. D. 632,1531 MeV. Giải - Năng lượng liên kết của hạt nhân Be 10 4 là : W lk = Δm.c 2 = (4.m P +6.m n – m Be ).c 2 = 0,0679.c 2 = 63,215 MeV. - Suy ra năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Be 10 4 là : 3215,6 10 125,63 == A W lk MeV/nuclơn. Chọn đáp án : C. Ví dụ 2 : Tính năng lượng liên kết hạt nhân Đơtêri D 2 1 ? Cho m p = 1,0073u, m n = 1,0087u, m D = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c 2 . mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Khơng ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   4 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 A) 2,431 MeV. B) 1,122 MeV. C) 1,243 MeV. D)2,234MeV. Giải - Độ hụt khối của hạt nhân D : Δm = ∑ m p + ∑ m n ─ m D = 1.m p +1.m n – m D = 0,0024 u - Năng lượng liên kết cảu hạt nhân D là : W lk = Δm.c 2 = 0,0024.uc 2 = 2,234 MeV . ⇒ Chọn đáp án D. Ví dụ 3 : Cho biết m α = 4,0015u; 999,15 = O m u; um p 007276,1 = , um n 008667,1 = . Hãy sắp xếp các hạt nhân He 4 2 , C 12 6 , O 16 8 theo thứ tự tăng dần độ bền vững : Câu trả lời đúng là: A. C 12 6 , , 4 2 He O 16 8 . B. C 12 6 , O 16 8 , , 4 2 He C. , 4 2 He C 12 6 , O 16 8 . D. , 4 2 He O 16 8 , C 12 6 . Giải - Ta thấy đề bài không cho khối lượng của 12 C nhưng chú ý vì ở đây dùng đơn vị u, mà theo định nghĩa đon vị u bằng 1/12 khối lượng đồng vị 12 C ⇒ do đó có thể lấy khối lượng 12 C là 12 u. - Suy ra năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân là : He : W lk = (2.mp + 2.mn – m α )c 2 = 28,289366 MeV ⇒ W lk riêng = 7,0723 MeV / nuclon. C : W lk = (6.mp + 6.mn – m C )c 2 = 89,057598 MeV ⇒ W lkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon. O : W lk = (8.mp + 8.mn – m O )c 2 = 119,674464 meV ⇒ W lk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Vậy chiều bền vững hạt nhân tăng dần là : He < C < O. ⇒ Chọn đáp án C. Loại 3 : Tính số hạt nhân nguyên tử và suy ra số nơtron, proton có trong lượng chất hạt nhân . - Cho khối lượng m hoặc số mol của hạt nhân X A Z . Tìm số hạt p , n có trong mẫu hạt nhân đó . Nếu có khối lượng m suy ra số hạt hạt nhân X là : N = A N A m . (hạt) . Nếu có số mol suy ra số hạt hạt nhân X là : N = n.N A (hạt) . với N A = 123 10.022,6 −− mol Khi đó : 1 hạt hạt nhân X có Z hạt p và (A – Z ) hạt n . Do đó trong N hạt hạt nhân X có : N.Z hạt p (A-Z). N hạt n. Ví dụ 1: [07A] Biết số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol -1 , khối lượng mol của hạt nhân urani U 238 92 là 238 gam / mol. Số nơtron trong 119 gam urani U 238 92 là : A. 25 10.2,2 hạt B. 25 10.2,1 hạt C 25 10.8,8 hạt D. 25 10.4,4 hạt mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   5 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 Giải - Số hạt nhân có trong 119 gam urani U 238 92 là : N = A N A m . 2323 10.01.310.02,6. 238 119 == hạt - Suy ra số hạt nơtron có trong N hạt nhân urani U 238 92 là : (A-Z). N = ( 238 – 92 ).3,01.10 23 = 4,4.10 25 hạt ⇒ Đáp án : D Ví dụ 2. Cho số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol -1 . Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g Iốt 131 52 I là : A. 3,952.10 23 hạt B. 4,595.10 23 hạt C.4.952.10 23 hạt D.5,925.10 23 hạt Giải - Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g hạt nhân I là : N = 23 10.02,6. 131 100 . = A N A m hạt . ⇒ Chọn đáp án B. III. BÀI TẬP ÁP DỤNG Câu 1. Năng lượng nhỏ nhất để tách hạt nhân He thành hai phần giống nhau là bao nhiêu ? Cho m He = 4,0015u; m n = 1,0087u; m p = 1,0073u; 1u.c 2 = 931MeV A. 3,2 MeV. B. 12,4 MeV. C. 16,5 MeV. D. 23,8 MeV. Câu 2. Năng lượng liên kết cho một nuclon trong các hạt nhân Ne ; He và C tương ứng bằng 8,03 MeV ; 7,07 MeV và 7,68 MeV. Năng lượng cần thiết để tách một hạt nhân Ne thành hai hạt nhân He và một hạt nhân C là : A. 11,9 MeV. B. 10,8 MeV. C. 15,5 MeV. D. 7,2 MeV. Câu 3. Tính năng lượng liên kết tạo thành Cl 37 , cho biết: Khối lượng của nguyên tử 37 17 Cl = 36,96590 u; khối lượng proton, m p = 1,00728 u; khối lượng electron, m e = 0,00055 u; khối lượng nơtron, m n = 1,00867 u; 1u = 1,66043.10 -27 kg; c = 2,9979.10 8 m/s; 1J = 6,2418.10 18 eV. A. A. 316,82 MeV B. 318,14 MeV C. 315,11 MeV D. 317,26 MeV Câu 4. Hạt nhân Li có khối lượng 7,0144u. Năng lượng liên kết của hạt nhân là bao nhiêu ? Cho m n = 1,0087u ; m p = 1,0073u ; 1u.c 2 = 931MeV . A. 45,6 MeV. B. 36,2 MeV. C. 39,4 MeV. D. 30,7 MeV. Câu 5. Năng lượng cần thiết để bứt một nơtrôn khỏi hạt nhân Na là bao nhiêu ? Cho m Na = 22,9837u ; m n = 1,0087u ; m p =1,0073u, 1u.c 2 = 931MeV A. 3,5 MeV. B. .8,1 MeV. C. 12,4 MeV. D. 17,4 MeV mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   6 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 Câu 6. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 37 17 Cl. Biết m p = 1,00728 u; m n = 1,00867 u; m Cl = 36,95655 u và 1u = 931 MeV/c 2 . A. 8,47 MeV B.8,57 MeV C.8,67 MeV D. 8,87 MeV Câu 7: Chọn câu trả lời đúng. Tính số phân tử nitơ trong 1 gam khí niơ. Biết khối lượng nguyên tử lượng của nitơ là 13,999 u. Biết 1u =1,66.10 -24 g. A . 43.10 20 hạt . B . 43.10 21 hạt C. 215.10 21 .hạt D. 215.10 20 hạt Câu 8. Năng lượng liên kết riêng của 235 U là 7,7 MeV thì khối lượng hạt nhân U235 là bao nhiêu ? Biết m p =1,0073u; m n =1,0087u. A . 234,0015 u. B. 236,0912 u. C. 234,9731 u. D. 234,1197 u. Câu 9. Công thức gần đúng cho bán kính hạt nhân là R=R 0 A 3 1 với R 0 =1,2 fecmi và A là số khối. Khối lượng riêng của hạt nhân là: A. 0,26.10 18 kg/m 3 . B. 0,35.10 18 kg/m 3 . C. 0,23.10 18 kg/m 3 . D. 0,25.10 18 kg/m 3 . Đáp án : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D A D C D B D ************************** /////// ~ ~ ~ ~ ~~~/////////********************************* I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1. Định nghĩa và tính chất phóng xạ : - Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ . - Đặc điểm của hiện tượng phóng xạ : + quá trình phân rã phóng xạ chính là quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. +quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không chịu tác động của các yếu tố thuộc môi trường ngoài . 2. Các loại tia phóng xạ : Quá trình phân rã phóng xạ phát ra gồm 3 loại tia phóng xạ : tia α , tia β và tia γ . Các tia phóng xạ là tia không nhìn thấy được và có tính chất là : kích thích một số phản ứng hoá học, ion hoá không khí, làm đen kính ảnh, xuyên thấu lớp vật chất mỏng, phá huỷ tế bào… a) Tia α : - bản chất là chùm hạt nhân nguyên tử heli He 4 2 mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   7 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 - tính chất : bị lệch về phía bản âm của điện trường, có vận tốc khoảng 2.10 -7 m/s. Có tính ion hoá mạnh nên mất năng lượng rất nhanh trên đường đi, khả năng đâm xuyên yếu. b) Tia β : - gồm 2 loại và có đặc điểm chung là phóng ra với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng . Làm ion hoá môi trường nhưng yếu hơn tia α nên truyền đi với quãng đường dài hơn, khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia α ( có thể đâm xuyên qua lá nhôm dày cỡ mm). - tia β - : là chùm các hạt e - ( là loại phóng xạ phổ biến hơn β + ) và bị lệch về bản dương của điện trường. - tia β + : là chùm các hạt pozitron e + có điện tích +e ( là phản hạt của electron – sẽ đề cập rõ ở chương các loại hạt sơ cấp ) nên bị lệch về phía bản âm của điện trường . c) Tia γ : - là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn < 10 -11 m ( chính là chùm phôtôn mang có năng lượng cao ). - tính chất : không bị lệch trong điện trường , có khả năng đâm xuyên mạnh hơn nhiều so với tia α , β . Trong phân rã α , β tạo hạt nhân con ở trạng thái kích thích và hạt nhân con có thể phóng xạ ra tia γ để trở về trạng thái cơ bản. 3. Định luật phóng xạ: a) Định luật phóng xạ : - Trong quá trình phân rã , số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ. - Các hàm biễu diễn quá trình phân rã phóng xạ hạt nhân theo thời theo thời gian t : + theo khối lượng : m = t T t emm . 00 .2. λ − − = . + theo số hạt hạt nhân nguyên tử : N = t T t eNN . 00 .2. λ − − = Trong đó : m 0 ,m là khối lượng hạt nhân nguyên tử và N 0 , N là số hạt hạt nhân nguyên tử . T là chu kì bán rã . T 2ln = λ : là hằng số phóng xạ . b) Độ phóng xạ : - là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ , được xác định là số phân rã trong một giây. Đặc trưng cho tốc độ phân rã . - Kí hiệu là H và có đơn vị là Becơren (Bq) , với 1 Bq = 1 phân rã /s. -Xác định độ phóng xạ : t eHNH . 0 λ λ − == , trong đó H 0 = λ.N 0 : được gọi là độ phóng xạ ban đầu của hạt nhân . 4. Đồng vị phóng xạ và ứng dụng : a) Đồng vị phóng xạ : gồm có đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo - các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hoá học có cùng tính chất hoá học như đồng vị bền của nguyên tố đó. mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   8 Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 b) Ứng dụng: - trong khảo cổ học dùng đồng vị C 14 6 có T = 5730 năm để xác định tuổi mẫu vật. - trong y-sinh học : phương pháp đánh dấu nguyên tử và phẩu thuật chiếu xạ. II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại 1: Xác định lượng chất còn lại: - Cho m 0 hay N 0 và T. Tìm khối lượng (số hạt nhân nguyên tử ) con lại sau thời gian t ? Tính số hạt hạt nhân nguyên tử X A Z trong m (g) vật chất. A Nm N A . 0 0 = hạt. Khối lượng còn lại của X sau thời gian t : m = t T t emm . 00 .2. λ − − = . (2.1) Số hạt nhân X còn lại sau thời gian t : N = t T t eNN . 00 .2. λ − − = . (2.2) Chú ý: là t và T phải đưa về cùng đơn vị . Đối với khối lượng m thì không cần đổi đơn vị và ta cứ tính rồi lấy đơn vị của m theo m 0 như đề bài. Ví dụ 1:[08A] Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4 ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lượng chất phóng xạ còn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của 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 đó ta đưa về hàm mũ hai để giải nhanh như sau : T t T t m m mm −− =⇔= 22. 0 0 ⇔ 8 1 2 3 0 == − m m = 12,5% ⇒ Chọn đáp án : C. Ví dụ 2:[09A] Một chất phóng xạ ban đầu có N 0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là A. N 0 /6 B. N 0 /16. C. N 0 /9. D. N 0 /4. Giải - Ta có : t = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là : 3 1 2 1 0 == T t N N - Sau 1năm nữa tức là t’ = 2t năm thì số hạt nhân còn lại chưa phân rã là : T t T t N N 2' 0 2 1 2 1 == ⇔ 9 1 3 1 2 1 2 0 =       =           = T t N N . ⇒ Chọn đáp án : C mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Không ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   9 Chun đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XN : 12A 2009 - 2010 Ví d ụ 3: Chất Iốt phóng xạ 131 53 I dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm. Nếu nhận được 100g chất này thì sau 8 tuần lễ còn bao nhiêu? A. O,87g B. 0,78g C. 7,8g D. 8,7g Giải - Ta có : t = 8 tuần = 56 ngày = 7.T Suy ra sau thời gian t thì khối lượng chất phóng xạ 131 53 I còn lại là : 7 0 2.1002. − − == T t mm = 0,78 gam . ⇒ Chọn đáp án B. Loại 2: Xác định lượng chất đã bị phân rã : - Cho khối lượng hạt nhân ban đầu ( hoặc số hạt nhân ban đầu N 0 ) và T . Tìm lượng hạt nhân đã bị phân rã trong thời gian t ? Khối lượng hạt nhân bị phân rã : Δm = )1()21( . 000 t T t emmmm λ − − −=−=− (2.3) Số hạt nhân bị phân rã là : ΔN = )1()21( . 000 t T t eNNNN λ − − −=−=− (2.4) Chú ý : là khơng được áp dụng định luật bảo tồn khối lươngj như trong phản ứng hố học. A -> B + C . m A ≠ m B + m C Ví dụ 1:Tính số hạt nhân bị phân rã sau 1s trong 1g Rađi 226 Ra . Cho biết chu kỳ bán rã của 226 Ra là 1580 năm. Số Avơgađrơ là N A = 6,02.10 23 mol -1 . A). 3,55.10 10 hạt. B). 3,40.10 10 hạt. C). 3,75.10 10 hạt. D).3,70.10 10 hạt. Giải - Số hạt nhân ngun tử có trong 1 gam 226 Ra là : N 0 = 2123 10.6646,210.022,6. 226 1 . == A N A m hạt . - Suy ra số hạt nhân ngun tử Ra phân rã sau 1 s là : 10 86400.365.1580 1 21 0 10.70,32110.6646,2)21( =           −=−=∆ − − T t NN hạt . ⇒ Chọn đáp án D. Ví dụ 2: Đồng vò phóng xạ Côban 60 27 Co phát ra tia β ─ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban này bò phân rã bằng A. 97,12% B. 80,09% C. 31,17% D. 65,94% Giải % lượng chất 60 Co bị phân rã sau 365 ngày : Δm = )1( . 00 t emmm λ − −=− ⇔ %12,971 0 3,71 2ln.365 =−= ∆ − e m m . mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Khơng ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   10 [...]... trì và có thể gây nên bùng nổ Câu 2 Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclơn của hạt nhân X lớn hơn số nuclơn của hạt nhân Y thì A năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau B hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X C năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y D hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y Câu 3 Phát biểu nào sao đây là sai khi nói... hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân khơng bền (hạt nhân mẹ) thành các hạt nhân khác (hạt nhân con) và kèm theo các tia phóng xạ 2 Các định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhân : A + B → C + D a) Định luật bảo tồn số nuclơn ( số khối) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của các hạt tương tác bằng tổng số nuclon của các hạt sản... - 2010 D tính riêng cho hạt nhân ấy Câu 6 Phản ứng nhiệt hạch là sự A kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn trong điều kiện nhiệt độ rất cao B kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành một hạt nhân rất nặng ở nhiệt độ cao C phân chia một hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ hơn kèm theo sự toả nhiệt D phân chia một hạt nhân rất nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn + Câu 6 Cho... , hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ B Phóng xạ −β hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ mailto:nguyenanhtuan.cdt2@gmail.com Khơng ai khác - chính chúng ta tạo nên số phận của chúng ta !   35 Chun đề Vật lí hạt nhân TRƯỜNG THPT VINH XN : 12A 2009 - 2010 C Phóng xạ + hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ D Phóng xạ hạt nhân. .. ra hai hạt X giống hệt nhau bay ra Hạt X là : A Đơtêri B Prơtơn Câu 7 Chọn câu trả lời đúng Hạt nhân của chì 206 82 Pb C Nơtron 238 92 U D Hạt α sau khi phát ra các bức xạ α và β cuối cùng cho đồng vị bền Số hạt α và β phát ra là: A 8 hạt α và 10 hạt β+ B 8 hạt α và 6 hạt β- A Câu 8 Chọn câu đúng Xét phóng xạ : ZY A Zx = Z – 2 và Ax= A – 2 A →α+Z X X X C 4 hạt α và 2 hạt β+ D.8 hạt α và 8 hạt β-... là hạt nhân mẹ và Y là hạt nhân con tao thành Lúc này bài tốn trở thành tìm mối liên hệ giữa X và hạt nhân con Y : - Ta có khối lượng của hạt nhân X sau 2 chu kì ( t = 2T ): + m = m0 2 - t − T = m0 2 −2 = m0 4 Khối lượng của hạt nhân con Y tạo thành sau 2 chu kì là : 1 ∆m X AY m (1 − ) A2 −2 3m0 A2 ⇔ mY = m0 (1 − 2 ) A2 = 0 4 mY = = AX A1 A1 4 A1 - Khi đó, tỉ lệ giữa khối lượng của hạt nhân Y và hạt. .. nghỉ của các hạt nhân trước phản ứng M = mC + mD là tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân sau phản ứng Khi đó năng lượng của một phản ứng hạt nhân có giá trị : Q = ( M0 – M ).c2 = Δm.c2 + nếu Q > 0 : phản ứng toả nhiệt +nếu Q < 0 : phản ứng thu nhiệt II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại 1: Xác định hạt nhân còn thiếu và số hạt ( tia phóng xạ ) trong phản ứng hạt nhân a) Xác định tên hạt nhân còn thiếu... ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG: Câu 1 Dùng hạt prơton có động năng làWp = 5,58MeV bắn vào hạt nhân 23 11 Na đang đứng n ta thu được hạt α và hạt nhân Ne cho rằng khồng có bức xạ γ kèm theo trong phản ứng và động năng hạt α là W α = 6,6 MeV của hạt Ne là 2,64MeV Tính năng lượng toả ra trong phản ứng và góc giữa vectơ vận tốc của hạt α và hạt nhân Ne ?(xem khối lượng của hạt nhân bằng số khối của... Câu 24 Tính chất nào liên quan đến hạt nhân nguyên tử và phản ứng hạt nhân là không đúng? A Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững B Một phản ứng hạt nhân trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt ban đầu , nghóa là bền vững hơn , là phản ứng toả năng lượng C Một phản ứng hạt nhân sinh ra các hạt có tổng khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu , nghóa là kém bền vững... hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng hấp thụ một nơ trơn chậm và vỡ thành hai hạt nhân trung bình B Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì càng kém bền vững C Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân trung bình D Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lượng Câu 27 Chọn câu trả lời đúng A Hạt nhân có độ hụt khối cáng lớn thì khối lượng của các hạt nhân càng lớn hơn khối . Chuyên đề Vật lí hạt nhân . TRƯỜNG THPT VINH XUÂN : 12A 2009 - 2010 Chuyên đề “ Vật lí hạt nhân là phần cuối cùng trong Tuyển tập các chuyên đề vật. trong mẫu hạt nhân đó . Nếu có khối lượng m suy ra số hạt hạt nhân X là : N = A N A m . (hạt) . Nếu có số mol suy ra số hạt hạt nhân X là : N = n.N A (hạt)