CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ (5) A ÔN LÝ THUYẾT : I Tính chất, cấu tạo, lượng liên kết hạt nhân : Cấu tạo hạt nhân , khối lượng hạt nhân: a Cấu tạo hạt nhân : * Hạt nhân có kích thước nhỏ (khoảng 10 -14 m đến 10 -15 m) cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclon Có loại nuclon: - Proton: ký hiệu p mang điện tích nguyên tố +e; mp= 1,007276u -Nơtron: ký hiệu n, không mang điện tích mp= 1,008665u * Nếu ngun tố có số thứ tự Z bảng tuần hoàn Mendeleev (Z gọi ngun tử số) ngun tử có Z electron vỏ ngồi hạt nhân nguyên tử chứa Z proton N nơtron * Vỏ electron có điện tích -Ze ; Hạt nhân có điện tích +Ze Ngun tử điều kiện bình thường trung hòa điện * Số nuclon hạt nhân là: A = Z + N A: gọi khối lượng số số khối lượng nguyên tử + Kí hiệu hạt nhân - Hạt nhân nguyên tố X kí hiệu: A Z X - Kí hiệu dùng cho hạt sơ cấp: 11 p , 01 n , 01 e + Đồng vị: * Các nguyên tử mà hạt nhân có số proton Z có số nơtron N khác gọi đồng vị Ví dụ: - Hydro có đồng vị: H , H , H * Các đồng vị có số electron nên chúng có tính chất hóa học b Khối lượng hạt nhân Đơn vị khối lượng hạt nhân 1u = khối lượng nguyên tử cacbon 126 C, 1u = 1,66055.10 -27kg 12 mp = 1,007276u; mn= 1,008665u Lực hạt nhân:là lực liên kết nuclôn với Đặc điểm lực hạt nhân: + Lực hạt nhân loại lực tương tác mạnh + Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân 10 -15m + Lực hạt nhân khơng phụ thuộc vào điện tích nuclơn 3.Năng lượng liên kết hạt nhân: a, Độ hụt khối: m - Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân Độ chênh lệch khối lượng gọi độ hụt khối hạt nhân, kí hiệu m m = [Zmp + (A – Z)mn – mX] với mX : khối lượng hạt nhân b, Năng lượng liên kết Năng lượng liên kết hạt nhân lượng liên kết nuclôn riêng lẻ thành hạt nhân Wlk = m.C2 = [Zmp + (A – Z)mn – mX] C2 Muốn phá hạt nhân cần cung cấp lượng W Wlk c Năng lượng liên kết riêng Năng lượng liên kết riêng hạt nhân lượng liên kết tính cho nuclơn hạt nhân đó: Wlk A Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững hạt nhân Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững II Phản ứng hạt nhân Định nghĩa phản ứng hạt nhân * Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác theo sơ đồ: A+B→C+D Trong đó: A B hai hạt nhân tương tác với C D hai hạt nhân tạo thành Lưu ý: Sự phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân q trình biến đổi hạt nhân nguyên tử thành hạt nhân nguyên tử khác + Phản ứng hạt nhân tự phát - Là trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác + Phản ứng hạt nhân kích thích - Q trình hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác - Đặc tính phản ứng hạt nhân: + Biến đổi hạt nhân + Biến đổi nguyên tố + Không bảo toàn khối lượng nghỉ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân ZA11 A ZA22 B ZA33C ZA44 D + Định luật bảo toàn số Nuclon (số khối A): Tổng số nuclon hạt nhân trước phản ứng sau phản ứng nhau: A1 + A2 = A3 + A4 + Định luật bảo tồn điện tích ngun tử số Z) Tổng điện tích hạt trước sau phản ứng nhau: Z1 + Z2 = Z3 + Z4 + Định luật bảo toàn lượng bảo toàn động lượng: * Hai định luật cho hệ hạt tham gia phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, lượng toàn phầnvà động lượng bảo tồn * Lưu ý : Khơng có định luật bảo tồn khối lượng hệ c Năng lượng phản ứng hạt nhân m0 = mA+mB : khối lượng hạt tương tác m = mC+mD : khối lượng hạt sản phẩm - Phản ứng hạt nhân toả lượng thu lượng Nếu m0 > m phản ứng hạt nhân toả lượng: lượng tỏa ra: W = (mtrước - msau)c2 Nếu m0 < m Phản ứng hạt nhân thu lượng, phản ứng không tự xảy Muốn phản ứng xảy phải cung cho lượng dạng động hạt tương tác W = (msau mtrước)c2+ Wđ III Hiện tượng phóng xạ: Hiện tượng phóng xạ * Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác * Những xạ gọi tia phóng xạ, tia phóng xạ khơng nhìn thấy phát chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hóa chất, bị lệch điện trường từ trường… Đặc điểm tượng phóng xạ: * Hiện tượng phóng xạ hồn tồn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, hoàn toàn khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi * Dù nguyên tử phóng xạ có nằm hợp chất khác nhau, dù chất phóng xạ chịu áp suất hay nhiệt độ khác nhau… tác động khơng gây ảnh hưởng đến q trình phóng xạ hạt nhân nguyên tử Các dạng phóng xạ: a.Phóng xạ : - Hạt nhân mẹ X phân rã tạo thành hạt nhân Y, đồng thời phát tia phóng xạ X AZ42Y 24He + Tia chùm hạt nhân hêli 42 He chuyển động với tốc độ vào cỡ 2.10 m/s, Bị lệch âm tụ điện Vận tốc chùm tia : cỡ 2.10 m/s Có khả ion hóa môi trường mạnh lượng giảm nhanh tối đa cm khơng khí, có khả đâm xun yếu.khơng xun qua tờ bìa dày b Phóng xạ Phóng xạ - Phóng xạ - trình phát tia - Tia - dòng êlectron A - Dạng tổng quát q trình phóng xạ -: A X Y 0v~ A Z Z 1 Z - Tia - chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng - Có khả làm iơn hóa chất khí yếu tia , nên có khả đâm xuyên mạnh hơn, khoảng vài mét xun qua nhơm vài mm Phóng xạ + - Phóng xạ + q trình phát tia + Tia + dịng pơzitron ( 10 e ) - A Dạng tổng quát q trình phóng xạ + : ZA X Z 1Y v - Tia + chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng - Hạt mang điện tích +1e, lùi sau so với hạt nhân mẹ c.Phóng xạ - Các hạt nhân tạo thành q trình phóng xạ trạng thái kích thích khơng làm thay đổi cấu tạo hạt nhân - Tia gamma : có chất sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 10 -11m) khơng nhìn thấy Đây chùm phơtơn lượng cao, có khả làm đen kính ảnh, làm iơn hóa chất khí,có khả đâm xuyên mạnh, nguy hiểm cho người Tia không bị lệch điện trường từ trường Định luật phóng xạ * Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kì 1/2 số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác * Gọi N0, m0 số nguyên tử khối lượng ban đầu khối lượng phóng xạ Gọi N, m: số nguyên tử khối lượng thời điểm t N = NO e t t T m = mo e t ln 0, 693 T: chu kỳ bán rã , số phóng xạ với = T T Bảng quy luật phân rã Ta có: t= t T T 2T 3T 4T 5T 6T Số hạt lại N0/2 N0/4 N0/8 N0/16 N0/32 N0/64 Số hạt phân rã N0/2 N0/4 Tỉ lệ % rã 50% 75% 87.5% 93.75% 96.875% 15 31 Tỉ lê rã lại N0/8 15 N0/16 31 N0/32 63 N0/64 63 Ứng dụng phóng xạ : Xác định tuổi cổ vật ,phương pháp nguyên tử dánh dấu gây đột biến gen IV Cơ chế phản ứng phân hạch : Phản ứng phân hạch gì? - Là vỡ hạt nhân nặng thành hạt nhân trung bình (kèm theo vài nơtrôn phát ra) Phản ứng phân hạch kích thích n + X X* Y + Z + kn (k = 1, 2, 3) - Q trình phân hạch X khơng trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X* Năng lượng phân hạch - Xét phản ứng phân hạch: n n 35 92 235 92 U U 236 92 236 92 U* U * 139 54 95 39 Y Xe 95 38 38 53 I 01 n Sr 01 n a Phản ứng phân hạch toả lượng - Phản ứng phân hạch 235 U phản ứng phân hạch toả lượng, lượng gọi lượng phân 92 hạch - Mỗi phân hạch 235 U tỏa lượng 212MeV 92 b Phản ứng phân hạch dây chuyền - Giả sử sau phân hạch có k nơtrơn giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 U tạo nên 92 phân hạch - Sau n lần phân hạch, số nơtrơn giải phóng kn kích thích kn phân hạch + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng PHDC tự trì, lượng phát không đổi nhà máy điện hạt nhân + Khi k > 1: phản ứng PHDC tự trì, lượng phát tăng nhanh, gây bùng nổ Bom nguyên tử Phản ứng phân hạch có điều khiển - Được thực lị phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = - Năng lượng toả không đổi theo thời gian V Phản ứng nhiệt hạch : Phản ứng tổng hợp hạt nhân gì? - Là trình hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành hạt nhân nặng Phản ứng toả lượng: Qtoả = 17,6MeV H 13 H 24 He 01 n Điều kiện thực hiện- Nhiệt độ đến cỡ trăm triệu độ Năng lượng tổng hợp hạt nhân - Năng lượng toả phản ứng tổng hợp hạt nhân gọi lượng tổng hợp hạt nhân - Thực tế quan tâm đến phản ứng tổng hợp nên hêli B BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : 27 Tìm phát biểu sai hạt nhân nguyên tử 13 Al A Hạt nhân Al có 13 nuclơn B Số nơtrôn 14 C Số prôtôn 13 D Số nuclôn 27 Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A prôtôn B nơtrôn C electron D nuclon Đồng vị nguyên tử cho khác với nguyên tử A số prôtôn B số electron C số nơtron D số nơtrôn số electron Chọn phát biểu Đơn vị khối lượng nguyên tử A khối lượng nguyên tử hiđrô B khối lượng nguyên tử cacbon C khối lượng nuclôn D khối lượng nguyên tử cacbon 12 ( 126 C ) 12 Tìm phát biểu sai đồng vị A Các nguyên tử mà hạt nhân có số prôtôn Z số khối A khác gọi đồng vị B Các đồng vị ô bảng hệ thống tuần hồn ngun tố hố học C Các đồng vị phóng xạ thường khơng bền D Các đồng vị có số nơtrơn N khác nên tính chất vật lí hố học chúng khác Tìm phát biểu sai phóng xạ : A Phóng xạ tượng hạt nhân bị kích thích phóng xạ gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác B Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân C Một số chất phóng xạ có sẵn tự nhiên D Có chất đồng vị phóng xạ người tạo Tìm phát biểu sai Tia α A bị lệch điện trường từ trường B có vận tốc vận tốc ánh sáng chân khơng C làm ion hố khơng khí D gồm hạt nhân ngun tử hêli 24 He Tìm phát biểu sai Phóng xạ – A dịng hạt mang điện tích âm B có chất giống với chất tia Rơnghen C có vận tốc gần vận tốc ánh sáng D làm iơn hố khơng khí yếu phóng xạ α Cho tia : I Tia tử ngoại ; II Tia ; III Tia hồng ngoại ; IV Tia X Hãy xếp tia theo thứ tự có bước sóng tăng dần A I, II, III, IV B II, IV, I, III C IV, II, I, III D IV, II, III, I 10.Chọn câu Hằng số phóng xạ chu kì bán rã T liên hệ với hệ thức : T 0,693 A T = ln2 B = Tln2 C D T 0, 693 11 Chọn câu 234 Hạt nhân Urani 238 92 U phóng xạ, sau phân rã cho hạt nhân Thơri 90Th Đó phóng xạ A B C D 12 Chọn câu sai Chu kì bán rã T chất phóng xạ thời gian sau A tượng phóng xạ lặp lại cũ B số hạt nhân phóng xạ biến đổi thành chất khác C độ phóng xạ giảm cịn nửa so với lúc đầu D số hạt nhân phóng xạ bị phân rã 13 Các tia có chất A Tia tia tử ngoại B Tia α tia hồng ngoại C Tia + tia X D Tia – tia tử ngoại 14 Chất phóng xạ 131 53 I dùng y tế có chu kì bán rã ngày đêm Nếu nhận 100g chất sau tuần lễ khối lượng lại : A 1,78g B 0,78g C 14,3g D 12,5g 210 A 15.Hạt nhân pơlơni 84 Po phóng xạ hạt α biến đổi thành hạt nhân Z X Hạt nhân X A rađon 86 Rn B chì 82 Pb C thuỷ ngân 80 Hg D rađi 88 Ra 16 Chọn đáp án A Cho phương trình phóng xạ : 210 84 Po Z X ; với Z, A : A Z = 85 ; A = 210 B Z = 84 ; A = 210 C Z = 82 ; A = 208 D Z = 82 ; A = 206 – 10 17 Hạt nhân beri Be chất phóng xạ , hạt nhân sinh : A Liti B Hêli C Bo D Cacbon 18 Iốt 131 53 I chất phóng xạ Ban đầu có 200g chất sau 24 ngày đêm, cịn 25g Chu kì bán rã 131 53 I : A ngày đêm B ngày đêm C 12 ngày đêm D ngày đêm 19 Tìm phát biểu SAI lượng liên kết A Muốn phá vỡ hạt nhân có khối lượng m thành nuclơn có tổng khối lượng mo > m cần lượng E = (mo – m).c2 để thắng lực hạt nhân B Năng lượng liên kết tính cho nuclơn gọi lượng liên kết riêng C Hạt nhân có lượng liên kết riêng nhỏ bền vững D Hạt nhân có lượng liên kết E lớn bền vững 20 Các phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật đây? A Bảo tồn điện tích B Bảo tồn khối lượng C Bảo toàn lượng toàn phần D Bảo toàn động lượng 21 Tính lượng liên kết riêng hạt nhân đơtêri 12 D , biết khối lượng m D = 2,0136u; mP = 1,0073u; mn = 1,0087u 1u = 931MeV/c2 A 3,2013MeV B 1,1172MeV C 2,2344MeV D 4,1046 MeV 22 Cho phản ứng hạt nhân: 31T 12 D n Biết mT = 3,01605u; mD = 2,01411u; m = 4,00260u; mn = 1,00867u; 1u = 931MeV/c2 Năng lượng toả hạt α hình thành là: A 17,6MeV B 23,4MeV C 11,04MeV D 16,7MeV 19 16 23 Xác định hạt nhân x phản ứng hạt nhân sau : F p O x A 37 Li B α D 104 Be C prôtôn 24 Xác định hạt nhân x phản ứng hạt nhân sau : 27 13 30 F 15 P x A 12 D B nơtrôn C prơtơn D 31T 25 Một chất phóng xạ có chu kì bán rã T=7ngày Nếu lúc đầu có 800g chất sau cịn lại 100g A 14ngày B 21ngày C 28ngày D 56ngày 26 Hạt nhân 116C phóng xạ +, hạt nhân : A 49 Be B 115 B C 158O D 117 N 27 Ban đầu có 2g rađon 222 86 Rn chất phóng xạ có chu kì bán rã 3,8 ngày Hỏi sau 19 ngày, lượng rađon bị phân rã gam ? A 1,9375g B 0,4g C 1,6g D 0,0625g 28 Trong lò phản ứng hạt nhân, hệ số nhân nơtrơn có trị số : A s = B s < : Nếu lò cần giảm công suất C s D s > : Nếu lị cần tăng cơng suất 29 Chất phóng xạ Coban 2760Co dùng y tế có chu kì bán rã T = 5,33năm khối lượng nguyên tử 58,9u Ban đầu có 500g 2760Co Khối lượng 2760Co lại sau 12năm : A 220g B 105g C 196g D 136g 30 Chất phóng xạ Coban 2760Co dùng y tế có chu kì bán rã T = 5,33năm Ban đầu có 500g 2760Co Sau khối lượng chất phóng xạ cịn lại 100g ? A 12,38năm B 8,75năm C 10,5 năm D 15,24năm 31 Tìm phát biểu sai phản ứng nhiệt hạch : A Sự kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng B Mỗi phản ứng kết hợp toả lượng bé phản ứng nhiệt hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng kết hợp lại toả lượng nhiều C Phản ứng kết hợp toả lượng nhiều, làm nóng mơi trường xung quanh nên ta gọi phản ứng nhiệt hạch D Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng khơng kiểm sốt 25 Trong phản ứng hạt nhân khơng có bảo tồn A số nơtron B động lượng C lượng tồn phần D điện tích 210 26 Trong hạt nhân nguyên tử 84 Po có A 84 prôtôn 210 nơtron B 84 prôtôn 126 nơtron C 210 prôtôn 84 nơtron D 126 prôtôn 84 nơtron 27 Chất radon Rn 222 phân rã thành Pơlơni Po 218 với chu kì bán rã 3,8 ngày Một mẩu chất có khối lượng 20g sau 7,6 ngày lại A 10g B.5g C 2,5g D.1,25g 210 A 206 28 Pơlơni phóng xạ theo phương trình: 84 Po Z X 82 Pb Hạt X A 24 He B 10 e C 10 e D 23 He 29 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân xác định A tích khối lượng hạt nhân với bình phương tốc độ ánh sáng chân khơng B tích lượng liên kết hạt nhân với số nuclôn hạt nhân C thương số lượng liên kết hạt nhân số nuclôn hạt nhân D tích độ hụt khối hạt nhân với bình phương tốc độ ánh sáng chân khơng 30 Ban đầu có N0 hạt nhân chất phóng xạ Giả sử sau giờ, tính từ lúc ban đầu, có 75% số hạt nhân N0 bị phân rã Chu kì bán rã chất A B C D 31 Một lượng chất phóng xạ có chu kì bán rã T, ban đầu có khối lượng m0, sau thời gian 2T có: A 25% khối lượng ban đầu bị phân rã C 75% khối lượng ban đầu bị phân rã B 50% khối lượng ban đầu bị phân rã D.12,5% khối lượng ban đầu bị phân rã 32 Trong khoảng thời gian có 75% số hạt nhân đồng vị phóng xạ bị phân rã Chu kì bán rã đồng vị phóng xạ A 0,5 B C.1,5 D.2 A 14 33 Cho phản ứng hạt nhân n Z X C p số Z A hạt nhân X A 15 B 14 C 14 34 Nếu chất phóng xạ có số phóng xạ có chu kì bán rã A T ln B T ln C T ln D 15 D T ln C CÂU HỎI ÔN CHƯƠNG VII: LT Lực hạt nhân đặc điểm lực hạt nhân ? LT Viết hệ thức Anh-xtanh khối lượng lượng LT Độ hụt khối lượng liên kết hạt nhân ? LT Phản ứng hạt nhân ? LT Phát biểu định luật bảo tồn số khối, điện tích, động lượng lượng toàn phần PƯHN LT Hiện tượng phóng xạ ? LT Thành phần chất tia phóng xạ ? LT Viết hệ thức định luật phóng xạ LT Nêu số ứng dụng đồng vị phóng xạ LT 10 Phản ứng phân hạch ? LT 11 Phản ứng dây chuyền nêu điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy LT 12 Phản ứng nhiệt hạch nêu điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy LT 13 Nêu ưu việt lượng phản ứng nhiệt hạch ... Phóng xạ ? ?- Phóng xạ ? ?- q trình phát tia ? ?- Tia ? ?- dòng êlectron A - Dạng tổng qt q trình phóng xạ ? ?-: A X Y 0v~ A Z Z 1 Z - Tia ? ?- chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng - Có khả... hơn, khoảng vài mét xun qua nhơm vài mm Phóng xạ + - Phóng xạ + q trình phát tia + Tia + dịng pôzitron ( 10 e ) - A Dạng tổng qt q trình phóng xạ + : ZA X Z 1Y v - Tia + chuyển... hạt phân rã N0/2 N0/4 Tỉ lệ % rã 50% 75 % 87. 5% 93 .75 % 96. 875 % 15 31 Tỉ lê rã lại N0/8 15 N0/16 31 N0/32 63 N0/64 63 Ứng dụng phóng xạ : Xác định tuổi cổ vật ,phương pháp nguyên tử dánh dấu gây