Hai hạt nhân rất nhẹ như hiđrô, hêli kết hợp lại với nhau, thu năng lượng là phản ứng nhiệt hạch B.Phản ứng hạt nhân sinh ra các hạt có tổng khối lượng bé hơn khối lượng các hạt ban đầu [r]
(1)LỜI NÓI Chuyên đề “ Vật lí hạt nhân” là phần cuối cùng Tuyển tập các chuyên đề vật lí 12 Được hoàn thành lớp 12A – Trường THPT Vinh Xuân , niên khoá 2009 – 2010 Dưới hướng dẫn giáo viên Trần Nhật Trung – các chuyên đề viết nhằm mục đích tổng quát hoá các vấn đề chương học 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 số công thức tổng quát để áp dụng giải nhanh chóng bài tập Chuyên đề này viết với hình thức thi trắc nghiệm 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 chia làm 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 chia thành mục : tóm tắt lí thuyết , phương pháp giải bài tập và bài tập áp dụng Vì là học sinh phổ thông nên chúng tôi hy vọng kiến thức mà chúng tôi biên soạn phù hợp và dễ hiểu với số đông các bạn học sinh 12 Những biên soạn chuyên đề đã cân nhắc từ chính thực tế nhu cầu học học sinh và sát với các đề thi trắc nghiệm Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Vật lí là môn khoa học rộng lớn nên gì chúng tôi biên soạn có thể còn thiếu và chưa hoàn thiện tốt Hơn nứa, quá trình biên soạn không tránh khỏi sai sót Do đó chúng tôi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu bạn đọc để tuyển tập lần sau hoàn thiện Chúng tôi xin chân thành cám ơn ! Mọi chi tiết đóng góp xin liên hệ mailto:info@123doc.org Vinh Xuân – Thừa Thiên Huế, ngày 13 tháng 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 : Phần (2) I TÓM TẮT LÍ THUYẾT : Cấu tạo hạt nhân : a) Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ các nuclôn gồm : + prôtôn ( p ) có mp = ,67262 10 −27 kg , điện tích : +e + nơtrôn (n ) có mn = ,67493 10−27 kg , không mang điện tích - Kí hiệu hạt nhân : A Z X Trong đó : +Z là số hiệu nguyên tử , chính là số thứ tự bảng HTTH + A gọi là số khối , là tổng số các nuclon hạt nhân ⇒ số nơtron = A – Z b) Kích thước hạt nhân : Nếu coi hạt nhân nguyên tử là khối cầu bán kính R thì ta có phụ thuộc R và số khối A là : R = 1,2 10−15 A (m) Đồng vị : là nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton có số nơtron khác - Các đồng vị phóng xạ chia làm hai loại : + đồng vị bền : 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 Đơn vị khối lượng nguyên tử : - kí hiệu là u và có trị số / 12 khối lượng đồng vị Từ hệ thức Anh-xtanh : E= mc2 12 C Khi đó : 1u = ,66055 10−27 kg ⇒ 1u = 931,5 MeV /c2 Độ hụt khối và lượng liên kết : a) Lực hạt nhân : là lực tương tác các nuclon hạt nhân Lực này có đặc điểm là lực hút , có bán kính tác dụng 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 khối lượng hạt nhân và tổng khối lượng các nuclon cấu tạo nên hạt nhân đó Ta có công thức tính độ hụt khối hạt nhân : Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ m ( chú ý đơn vị là u ) c) Năng lượng liên kết : - Từ hệ thức Anh-xtanh : E = mc2 Ta thấy phần khối lượng các hạt nuclon đã chuyển thành lượng liên kết các hạt nhân nguyên tử với ( vì nên m < m0 ) : lượng đó gọi là lượng liên kết hạt nhân và có trị số : Wlk = Δm.c2 Năng lượng liên kết càng lớn thì lực liên kết các nuclôn càng mạnh ─ Để đặc trưng cho độ bền vững hạt nhân ta có đại lượng lượng liên kết riêng là : nhân có lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại : Tìm độ hụt khối và lượng liên kết hạt nhân : a) Độ hụt khối : hạt nhân A Z X W lk Hạt A (3) Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ m = Zmp + (A – Z)mn ─ m (1.1) b) Năng lượng liên kết : - tính độ hụt khối và suy lượng liên kết hạt nhân : Wlk = Δm.c2 = Δm.931 (MeV) (1.2) Chú ý : thường thì đề bài cho 1u = 931 MeV/c2 đề không cho thì lấy giá trị chuẩn ( theo cách lấy đề thi đại học ) là 1u = 931,5 MeV/c2 - có thể đề yêu cầu tính lượng cần thiết để tách ( lượng toả ra) N hạt nhân A Z X Chính là lượng liên kết hạt nhân đó - Và N hạt nhân thì có lượng là : E = N.Wlk ( MeV) Ví dụ 1: [07A] Cho mC = 12 u, mp= 1.00728u, mn = 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 A 8,94 MeV B 44,7 MeV 12 C thành các nuclon riêng biệt : C 89,4 MeV D 72,7 MeV Giải - Ta phải tính 1u bao nhiêu MeV ? Năng lượng 1u ( tính theo đơn vị J ) : 1u = mc2/c2 = (1,66058.10 – 27 9.1016 )/ c2 = 1,494522.10-10 Mà 1,6.10 – 13 J thì Suy 1,494522.10-10 J MeV J / c2 − 10 , 494522 10 −13 1,6 10 ⇒ =934 , 07 MeV Vậy 1u = 934,07 MeV/ c2 - Năng lượng cần thiết để tách hạt nhân hạt nhân 12 C 12 C thành các nuclôn riêng biệt chính là lượng liên kết : E = Wlk = Δm.c2 = (6.mp +6.mn – mC).c2 = (6.1.00728 +6.1,00867 – 12).934,07 = 8489,4 MeV Đáp án : C Ví dụ 2: Xem ban đầu hạt nhân 12 tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân A 6,7.10 – 13 J B 7,7.10 – 13 J C đứng yên Cho biết mC =12,0000u ; mα = 4,0015u Năng lượng 12 C thaønh ba haït α laø C 8,2.10 – 13 J D 5,6.10 – 13 J Giải - Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 12C thành hạt nhân α chính là lượng cần cung cấp cho độ hụt khối 1C tạo 3α : - Năng lượng đó : Q = (mC – mα ).c2 = – 0,0045u.c2 = – 4,1895 MeV = – 6,7.10–13 J Dấu trừ chứng tỏ phản ứng cần cung cấp lượng ⇒ Chọn đáp án A (4) Ví dụ 3: Cho phản ứng phân hạch Uran 235 : n +235 235 92 U→ 144 56 Ba + 89 36 Kr + n + 200 MeV Biết 1u = 931 MeV/c2 Độ hụt khối phản ứng bằng: A 0,3148u B.0,2248u C 0,2848u D 0,2148u Giải - Ta có lượng toả phản ứng trên là : Q = (m0 – m ).c2 = Δm.c2 = 200 MeV - Suy độ hụt khối phản ứng : Δm = Q 200 = =0 ,2148 u 931 931 ⇒ Chọn đáp án D Loại : Tính lượng liên kết riêng và so sánh tính bền vững các hạt nhân W lk A - Ta tính lượng liên kết riệng : MeV/nuclon - Rồi so sánh lượng liên kết riêng các hạt nhân với : hạt nhân có lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 bảng HTTH thường bền các nguyên tử các hạt nhân còn lại Ví dụ 1:[08A] Hạt nhân 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 10 là 10 Be A 0,6321 MeV B 63,2152 MeV C 6,3215 MeV D 632,1531 MeV Giải - Năng lượng liên kết hạt nhân 10 Be là : Wlk = Δm.c2 = (4.mP +6.mn – mBe).c2 = 0,0679.c2 = 63,215 MeV Suy lượng liên kết riêng hạt nhân - 10 Be là : W lk 63 , 125 = =6 ,3215 MeV/nuclôn A 10 Chọn đáp án : C Ví dụ 2: Tính lượng liên kết hạt nhân Đơtêri D ? Cho mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, mD = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c2 A) 2,431 MeV B) 1,122 MeV C) 1,243 MeV D)2,234MeV Giải - Độ hụt khối hạt nhân D : Δm = ∑ mp + ∑ mn ─ mD = 1.mp +1.mn – mD = 0,0024 u - Năng lượng liên kết cảu hạt nhân D là : Wlk = Δm.c2 = 0,0024.uc2 = 2,234 MeV ⇒ Chọn đáp án D (5) mO=15 , 999 u; m p=1 , 007276u , mn=1 , 008667u Hãy xếp Ví dụ : Cho biết mα = 4,0015u; các hạt nhân 12 He , 16 C , O theo thứ tự tăng dần độ bền vững : Câu trả lời đúng là: A 12 C 4 C , 12 He , 16 He , C , O 16 12 B O D C , 16 He , O , 16 O , 12 He , C Giải Ta thấy đề bài không cho khối lượng 12C chú ý vì đây dùng đơn vị u, mà theo định nghĩa - đon vị u 1/12 khối lượng đồng vị 12C ⇒ đó có thể lấy khối lượng 12C là 12 u - Suy lượng liên kết riêng hạt nhân là : He : Wlk = (2.mp + 2.mn – m α )c2 = 28,289366 MeV ⇒ Wlk riêng = 7,0723 MeV / nuclon C : Wlk = (6.mp + 6.mn – mC )c2 = 89,057598 MeV ⇒ O : Wlk = (8.mp + 8.mn – mO )c2 = 119,674464 meV ⇒ Wlk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon Wlkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon Hạt nhân có 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 : Tính số hạt nhân nguyên tử và suy số nơtron, proton có lượng chất hạt nhân - Cho khối lượng m số mol hạt nhân A Z Tìm số hạt p , n có mẫu hạt nhân đó X Nếu có khối lượng m suy số hạt hạt nhân X là : N = m N A A (hạt) Nếu có số mol suy số hạt hạt nhân X là : N = n.NA (hạt) với NA = , 022 10− 23 mol −1 Khi đó : hạt hạt nhân X có Z hạt p và (A – Z ) hạt n Do đó 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 hạt nhân urani gam / mol Số nơtron 119 gam urani A 2,2 1025 238 92 B 1,2 1025 hạt 238 92 U là 238 U là : hạt C 8,8 10 25 hạt D 4,4 1025 hạt Giải - Số hạt nhân có 119 gam urani N= - m N A A ¿ 238 92 U là : 119 23 23 ,02 10 =3 01 10 hạt 238 Suy số hạt nơtron có N hạt nhân urani 238 92 U là : (A-Z) N = ( 238 – 92 ).3,01.1023 = 4,4.1025 hạt ⇒ Đáp án : D Ví dụ Cho số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol-1 Số hạt nhân nguyên tử có 100 g Iốt 131 52 I là : (6) A 3,952.1023 hạt B 4,595.1023 hạt C.4.952.1023 hạt D.5,925.1023 hạt Giải - Số hạt nhân nguyên tử có 100 g hạt nhân I là : N= m 100 23 N A= , 02 10 A 131 hạt ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG Câu Năng lượng nhỏ để tách hạt nhân He thành hai phần giống là bao nhiêu ? Cho m He = 4,0015u; mn = 1,0087u; mp = 1,0073u; 1u.c2 = 931MeV A 3,2 MeV B 12,4 MeV C 16,5 MeV Câu Năng lượng liên kết cho nuclon các hạt nhân D 23,8 MeV Ne ; He và MeV ; 7,07 MeV và 7,68 MeV Năng lượng cần thiết để tách hạt nhân và hạt nhân C tương ứng 8,03 Ne thành hai hạt nhân He C là : A 11,9 MeV B 10,8 MeV C 15,5 MeV D 7,2 MeV Câu Tính lượng liên kết tạo thành Cl37, cho biết: Khối lượng nguyên tử 37 17 Cl = 36,96590 u; khối lượng proton, mp = 1,00728 u; khối lượng electron, me = 0,00055 u; khối lượng nơtron, mn = 1,00867 u; 1u = 1,66043.10-27kg; c = 2,9979.108 m/s; 1J = 6,2418.1018 eV A A 316,82 MeV B 318,14 MeV C 315,11 MeV D 317,26 MeV Câu Hạt nhân Li có khối lượng 7,0144u Năng lượng liên kết hạt nhân là bao nhiêu ? Cho m n = 1,0087u ; mp = 1,0073u ; 1u.c2 = 931MeV A 45,6 MeV B 36,2 MeV C 39,4 MeV Câu Năng lượng cần thiết để bứt nơtrôn khỏi hạt nhân D 30,7 MeV Na là bao nhiêu ? Cho mNa = 22,9837u ; mn = 1,0087u ; mp=1,0073u, 1u.c2 = 931MeV A 3,5 MeV B .8,1 MeV Câu Tính lượng liên kết riêng hạt nhân C 12,4 MeV 37 17 D 17,4 MeV Cl Biết mp = 1,00728 u; mn = 1,00867 u; mCl = 36,95655 u và 1u = 931 MeV/c2 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 gam khí niơ Biết khối lượng nguyên tử lượng nitơ là 13,999 u Biết 1u =1,66.10-24 g A 43.1020 hạt B 43.1021 hạt C 215.1021 hạt D 215.1020 hạt Câu Năng lượng liên kết riêng 235U là 7,7 MeV thì khối lượng hạt nhân U235 là bao nhiêu ? Biết mp=1,0073u; mn=1,0087u A 234,0015 u B 236,0912 u C 234,9731 u Câu Công thức gần đúng cho bán kính hạt nhân là R=R0A ❑ riêng hạt nhân là: A 0,26.1018 kg/m3 B 0,35.1018 kg/m3 D 234,1197 u với R0=1,2 fecmi và A là số khối Khối lượng C 0,23.1018 kg/m3 D 0,25.1018 kg/m3 (7) Đáp án : D A D C D B D 10 ************************** /////// ~ ~ ~ ~ ~~~/////////********************************* Phần PHÓNG XẠ I TÓM TẮT LÍ THUYẾT Định nghĩa và tính chất phóng xạ : - Phóng xạ là tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là tượng phóng xạ - Đặc điểm tượng phóng xạ : + quá trình phân rã phóng xạ chính là quá trình dẫn đến biến đổi hạt nhân +quá trình phân rã phóng xạ các nguyên nhân bên gây và hoàn toàn không chịu tác động các yếu tố thuộc môi trường ngoài Các loại tia phóng xạ : Quá trình phân rã phóng xạ phát gồm loại tia phóng xạ : tia α , tia β và tia γ Các tia phóng xạ là tia không nhìn thấy và có tính chất là : kích thích 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 : - chất là chùm hạt nhân nguyên tử heli He - tính chất : bị lệch phía âm điện trường, có vận tốc khoảng 2.10 -7 m/s Có tính ion hoá mạnh nên lượng nhanh trên đường đi, khả đâm xuyên yếu b) Tia β : - gồm loại và có đặc điểm chung là phóng với tốc độ lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng Làm ion hoá môi trường yếu tia α nên truyền với quãng đường dài hơn, khả đâm xuyên mạnh 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 β+ ) và bị lệch dương điện trường - tia β+ : là chùm các hạt pozitron e+ có điện tích +e ( là phản hạt electron – đề cập rõ chương các loại hạt sơ cấp ) nên bị lệch phía âm điện trường c) Tia γ : - là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn < 10 -11 m ( chính là chùm phôtôn mang có lượng cao ) - tính chất : không bị lệch điện trường , có khả đâm xuyên mạnh nhiều so với tia α , β (8) Trong phân rã α , β tạo hạt nhân trạng thái kích thích và hạt nhân có thể phóng xạ tia γ để trở trạng thái 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 = m − t T =m0 e + theo số hạt hạt nhân nguyên tử : N = − λ t N − t T =N e− λ t Trong đó : m0 ,m là khối lượng hạt nhân nguyên tử và N0, N là số hạt hạt nhân nguyên tử T là chu kì bán rã λ= ln T : là số phóng xạ b) Độ phóng xạ : - là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ , xác định là số phân rã giây Đặc trưng cho tốc độ phân rã - Kí hiệu là H và có đơn vị là Becơren (Bq) , với Bq = phân rã /s -Xác định độ phóng xạ : H=λ N=H e − λ.t , đó H0 = λ.N0 : gọi là độ phóng xạ ban đầu hạt nhân 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 nguyên tố hoá học có cùng tính chất hoá học đồng vị bền nguyên tố đó b) Ứng dụng: 14 - khảo cổ học dùng đồng vị C có T = 5730 năm để xác định tuổi mẫu vật - 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 m0 hay N0 và T Tìm khối lượng (số hạt nhân nguyên tử ) lại sau thời gian t ? Tính số hạt hạt nhân nguyên tử A Z X m (g) vật chất Khối lượng còn lại X sau thời gian t : m = m Số hạt nhân X còn lại sau thời gian t : N= − − N t T t T N 0= m0 N A A =m e − λ t =N e− λ t hạt (2.1) (2.2) Chú ý: là t và T phải đưa cùng đơn vị Đối với khối lượng m thì không cần đổi đơn vị và ta tính lấy đơn vị m theo m0 đề bài (9) 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) lượng chất phóng xạ còn lại bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ 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 hàm mũ hai để giải nhanh sau : m=m0 − t T t ⇔ − m =2 T m0 m =2− 3= m0 ⇔ = 12,5% ⇒ Chọn đáp án : C Ví dụ 2:[09A] Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân Sau năm, còn lại phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã Sau năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã chất phóng xạ đó là A N0 /6 B N0 /16 C N0 /9 D N0 /4 Giải N 1 = t= N0 2T - Ta có : t = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là : - Sau 1năm tức là t’ = 2t năm thì số hạt nhân còn lại chưa phân rã là : N 1 = t ' = 2t N0 2T T N 1 = t = = N0 2T ( )() ⇔ ⇒ Chọn đáp án : C 131 53 Ví dụ 3: Chaát Ioát phoùng xaï I dùng y tế có chu kỳ bán rã ngày đêm Nếu nhận 100g chaát naøy thì sau tuaàn leã coøn bao nhieâu? B 0,78g A O,87g C 7,8g D 8,7g Giải - Ta có : t = tuần = 56 ngày = 7.T Suy sau thời gian t thì khối lượng chất phóng xạ m=m − t T =100 −7 131 53 I còn lại là : = 0,78 gam ⇒ Chọn đáp án B Loại 2: Xác định lượng chất đã bị phân rã : - Cho khối lượng hạt nhân ban đầu ( số hạt nhân ban đầu N0 ) và T Tìm lượng hạt nhân đã bị phân rã thời gian t ? − Khối lượng hạt nhân bị phân rã : Δm = m − m=m (1 −2 0 Số hạt nhân bị phân rã là : ΔN = N − N=N (1− − t T t T )=m (1− e− λ.t ) )=N (1− e − λ t ) (2.3) (2.4) Chú ý : là không áp dụng định luật bảo toàn khối lươngj phản ứng hoá học (10) A -> B + C mA ≠ mB + mC Ví dụ 1:Tính số hạt nhân bị phân rã sau 1s 1g Rađi Ra Cho biết chu kỳ bán rã Ra là 1580 năm Số Avôgađrô là NA = 6,02.1023 mol-1 A) 3,55.1010 hạt B) 3,40.1010 hạt C) 3,75.1010 hạt D).3,70.1010 hạt Giải Số hạt nhân nguyên tử có gam - 226 Ra là : N0 = m N A= , 022 1023=2, 6646 1021 hạt A 226 - Suy số hạt nhân nguyên tử Ra phân rã sau s là : ΔN =N (1 −2 − t T )=2 , 6646 10 21 ( 1− − 1580.365 86400 )=3 ,70 10 10 hạt ⇒ Chọn đáp án D 60 27 Ví dụ 2: Đồng vị phóng xạ Côban Co phát tia β─ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày Trong 365 ngaøy, phaàn traêm chaát Coâban naøy bò phaân raõ baèng A 97,12% B 80,09% C 31,17% D 65,94% Giải % lượng chất 60Co bị phân rã sau 365 ngày : 365 ln Δm = m0 − m=m0 (1 −e − λ t ) − Δm =1− e 71 ,3 m0 ⇔ =97 , 12 % ⇒ Chọn đáp án A Loại : Xác định khối lượng hạt nhân : - Cho phân rã : A Z X → ZB' Y + tia phóng xạ Biết m0 , T hạt nhân mẹ Ta có : hạt nhân phóng xạ thì có hạt nhân tao thành Do đó ΔNX (phóng xạ) = NY (tạo thành) Mà ΔN X = Suy : Δm X NA A ( NA là số Avôgađrô ) Δm X NA NY Δm X B A mY =n B= B= B= NA NA A Tổng quát : mcon = Z A Ví dụ 1:[08A] Hạt nhân X Δmme Acon A me ⇔ mY = ΔmX B A (2.5) phóng xạ và biến thành hạt nhân Z A hạt nhân X, Y số khối chúng tính theo đơn vị u Biết chất phóng xạ T Ban đầu có khối lượng chất Z 11 A A1 A2 B A2 A1 C A1 A2 bền Coi khối lượng Z 11 A X có chu kì bán rã là X , sau chu kì bán rã thì tỉ số khối lượng chất Y và khối lượng chất X là : A Y D A2 A1 Giải (11) - Xem phản ứng trên sau : X → Y + tia phóng xạ Khi đó X là hạt nhân mẹ và Y là hạt nhân tao thành Lúc này bài toán trở thành tìm mối liên hệ X và hạt nhân Y : - Ta có khối lượng hạt nhân X sau chu kì ( t = 2T ): − + m = m0 - =m0 2− 2= m0 Khối lượng hạt nhân Y tạo thành sau chu kì là : mY = - t T Δm X A Y AX ⇔ mY = m0 (1 −2− 2) A = A1 m0 (1 − ) A2 m A2 = A1 A1 Khi đó, tỉ lệ khối lượng hạt nhân Y và hạt nhân X là : m0 A × mY A1 A2 = = mX m0 A1 + Ví dụ 2: 24 11 ⇒ Chọn phương án D 24 12 Na là chất phóng xạ β- tạo thành hạt nhân magiê Mg Ban đầu có 12gam Na và chu kì bán rã là 15 Sau 45 h thì khối lượng Mg tạo thành là : A 10,5g B 5,16 g C 51,6g D 0,516g Giải Nhận xét : t = 3.T nên ta dùng hàm mũ để giải cho nhanh bài toán : − - khối lượng Na bị phân rã sau 45 = 3T : Δm = ¿ m (1− t T − )=12(1 −2 ) ⇔ Δm = 10,5 g Suy khối lượng mg tạo thành : mcon = Δmme Acon 10 ,5 = 24=10 ,5 gam A me 24 ⇒ Chọn đáp án A Loại 4: Xác định độ phóng xạ hạt nhân : - Cho m0, T Tìm độ phóng xạ hạt nhân sau thời gian t ? + phải đưa khối lượng ban đầu số hạt nhân ban đầu : N 0= m0 N A A hạt + đưa chu kì đơn vị giây + tính độ phóng xạ ban đầu : + tính độ phóng xạ sau thời gian t : H0 = λ.N0 = ln N0 T − λ t H=λ N= λ N e (Bq) =H e − λ t (Bq) (2.6) (2.7) Chú ý: + ngoài đơn vị Bq , độ phóng xạ còn có đơn vị tính khác là Curi (Ci) , với 1Ci = 3,7.1010 Bq + tính độ phóng xạ phải đổi T s và nên lưu số này vào máy tính để tính nhanh trắc nghiệm : 1năm = 31,536.10 s (12) 210 84 Ví dụ 1:[09A] Lấy chu kì bán rã pôlôni là 138 ngày và NA = 6,02.1023 mol-1 Độ phóng xạ Po 42 mg pôlôni là A 7.1010 Bq B 7.1014 Bq C 7.1012 Bq D 7.109 Bq Giải - Số hạt nhân nguyên tử 210 84 Po có 42 mg là : N 0= m0 N A 42 10− , 02 1023 = =1 , 204 10 hạt A 210 ln N0 T Độ phóng xạ 42 mg pôlôni là : H0 = λ.N0 = ⇔ H0 = ln N ≈7 1012 Bq 138 86400 (Chú ý đổi đúng đơn vị để tính vì bài này sai thường không nhìn kĩ đơn vị khối lượng và chưa đổi T giây ) ⇒ Chọn đáp án C Ví dụ 2: Sau số nguyên tử đồng vị phóng xạ cô ban giảm 3,8% Hằng số phóng xạ cô ban là: A 0,783h-1 B 0,239h-1 C 0,0387h-1 D 0,239h-1 Giải - Số nguyên tử giảm chính là lượng Co bị phóng xạ , đó theo đề bài , ta có : ΔN = - N (1 −e − λ t ) 1− e ⇔ − λ.t ΔN = N0 ( − ln − Hằng số phóng xạ Co là : λ= e ⇔ ΔN N0 t − λ.t ΔN =1 − N0 ) =− ln (1 −3,8 % ) ⇔ ( − ln − λ= ΔN N0 ) t = 0,0387 h-1 ⇒ Chọn đáp án D Ví dụ 3: Đồng vị 24 11 Na có chu kỳ bán rã T =15h , Na là chất phóng xạ β─ và tạo thành đồng vị magiê Mẫu Na có khối lượng ban đầu m0 = 24g Độ phóng xạ ban đầu A 7,73.1018 Bq B 2,78.1022 Bq C 1,67.1024.Bq 24 11 Na baèng D 3,22.1017 Bq Giải - Số hạt nhân nguyên tử Na có 24 gam ban đầu là : N 0= - m0 N A 24 ,02 10 23 = =6 , 02 1023 hạt A 24 Độ phóng xạ ban đầu H0 = λ.N0 = 24 11 Na là : ln N0 T ⇔ H0 = ln 23 18 , 02 10 =7 , 73 10 15 3600 ⇒ Chọn đáp án A Loại 5: Xác định thời gian phóng xạ , tuổi thọ vật chất Bq (13) - Cho m, m0 Ta có : m ¿ m0 e − λ.t − λ t= ⇔ − t ln m =ln( ) T m0 ⇔ t= −T m ln ln m0 ( ) (2.7) −T N ln ln N0 ( ) −T H ln ( ) - Cho H, H Lập luận tương tự , ta : t= ln H - Cho N, N0 Lập luận tương tự , ta : t= (2.8) (2.9) 0 Chú ý : -các đại lượng m – m0 , N - N0 , H – H0 phải cùng đơn vị Và giải quan tâm có cùng đơn vị hay không không cần phải đổi đơn vị chuẩn để giải nhanh trắc nghiệm -các dạng đặc trưng : + m m0 = % lượng chất còn lại hạt nhân sau phân rã thời gian t Tương tự cho N/N0 và H / H0 Δm m0 + = a% khối lượng hạt nhân đã bị phóng xạ Tương tự cho ΔN/N0 và ΔH / H0 Khi đó ta có thể suy khối lượng hạt nhân còn lại sau thời gian phân rã t là m = 100% - a% m0 Ví dụ 1:[09A] Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã T Cứ sau khoảng thời gian bao nhiêu thì số hạt nhân bị phân rã khoảng thời gian đó ba lần số hạt nhân còn lại đồng vị ấy? A 2T B 3T C 0,5T D T Giải - Sau thời gian phóng xạ t ( kể từ thời điểm ban đầu ) , ta có : − + khối lượng hạt nhân còn lại : m ¿ m t T t ( + khối lượng hạt nhân bị phân rã : Δm = ¿ m −2− T − - Theo đề , ta có : t T Δm m0 (1 −2 ) = =3 t − m T m0 ⇔ ) t t T −1=3 ⇔ T =4 ⇔ t = 2T Vậy sau khoảng thời gian Δt = 2T thì khối lượng hạt nhân bị phóng xạ lần khối lượng hạt nhân còn lại ⇒ Chọn đáp án : A Ví dụ 2: Một chất phóng xạ có chu kì bán rã là 360 Sau bao lâu thì khối lượng nó còn 1/32 khối lượng ban đầu : A 75 ngày (24h) B 11,25 C 11,25 ngày D 480 ngày Giải - đây là bài toán xác định thời gian phóng xạ hạt nhân biết tỉ lệ khối lượng phân rã còn lại (14) - m = nên từ công thức (2.7), ta : m0 32 −T m −360 t= ln = ln ⇔ t = 1800 = 75 ngày ln m ln2 32 ⇒ Chọn đáp án A Ta có ( ) ( ) Ví dụ 3: Độ phóng xạ tượng gỗ 0,8 lần độ phóng xạ mẫu gỗ cùng loại cùng khối lượng vừa chặt Biết chu kì 14C là 5600 năm Tuổi tượng gỗ đó là : A 1900 năm B 2016 năm C 1802 năm D 1890 năm Giải - Đây là bài toán so sánh độ phóng xạ 14C phân rã vật cần xác định tuổi và vật đối chiếu - Theo đề ta có : - Áp dụng : từ công thức (2.9) ta : H =0,8 H0 t= −T H −5600 ln 0,8 ln = =1802 ln H ln2 ( ) năm ⇒ Chọn đáp án C Loại 6: Xác định chu kì bán rã a) Cho m & m0 ( N & N0) : - Biết sau thời gian t thì mẫu vật có tỉ lệ m/m0 ( hay N/N0 ) Tìm chu kì bán rã mẫu vật ? Ta có : : m ¿ m0 e − λ.t ⇔ e − λ.t m = m0 t ln m − =ln T m0 ( ) ⇔ ⇔ T= − t ln m ln m0 ( ) (2.10) T= Tương tự cho N , N0 : − t ln N ln N0 ( ) (2.11) - Có thể dùng công thức hàm mũ để đoán và giải nhanh với câu có số liệu đẹp Nếu m = m0 N N0 = n (với n є N * ) ⇒ t t =n ⇒T = T n b) Dùng máy đo xung phóng xạ phát : - Một mẫu vật chất chứa phóng xạ thời điểm t1 máy đo H1 xung phóng xạ và sau đó khoảng Δt t2 đo H2 xung phóng xạ Tìm chu kì bán rã đồng vị phóng xạ đó là ? Chọn thời điểm ban đầu t1 Khi đó : t0 ≡ t1 có H0 ≡ H1 và t ≡ t2 có H ≡ H2 Suy : − λ t H=H e ⇔ e − λ.t H = H0 ⇔ T= −t ln H ln H0 ( ) (2.12) Ví dụ 1:[07A] Giả sử sau phóng xạ (kể từ thời điểm ban đầu ) số hạt nhân đồng vị phóng xạ còn lại 25% số hạt nhân ban đầu Chu kì bán rã đồng vị phóng xạ đó : A B 1,5 C 0,5 D (15) Giải m = 25% = m0 - Ta có tỉ lệ : 1 = 22 mà m = m0 Vậy chu lì bán rã đồng vị phóng xạ đó : t =2 T Nên suy : t T T= t = =1,5 2 ⇒ Chọn đáp án : B Ví dụ 2: Độ phóng xạ mg 60 27 Co là 3,41 Ci Cho NA = 6,02.1023 mol-1, 1năm có 365 ngày Tìm chu kì bán rã Co là: A.84 năm B 5,24 năm C 8,4 năm D 4,8 năm Giải - Số hạt nhân nguyên tử Na có mg Ta có : H0 = ln N0 T ⇔ T =ln 60 Co : N0 H0 N 0= m N =¿ 3,01.1019 hạt A A Vậy chu kì bán rã hạt nhân Co là : T =ln N , 01 10 19 ln = H , 41 3,7 10 10 ⇔ T = 5,24 năm ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: 24 11 kì bán rã Na là chất phóng xạ Sau thời gian 105 h thì độ phóng xạ nó giảm 128 lần Chu 24 11 Na là A 7,5h B 15h C 30h D 3,75h Giải H 1 = t= H0 128 2T t =7 T ⇔ - Theo đề , ta có : - Vậy chu kì bán rã bán rã hạt nhân 23Na : T= t =15 h ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG Câu Poloni ( 210 84 Po) coù chu kyø baùn raõ laø T = 138 ngaøy, laø chaát phoùng xaï phaùt tia phoùng xaï vaø chuyeån thaønh haït nhaân chì 210 84 206 82 Pb Biết thời điểm khảo sát tỷ số số hạt 206 82 Pb vaø soá haït Po baèng Tuoåi cuûa maãu chaát treân laø A 276 ngaøy B.46 ngaøy Câu Đồng vị phóng xạ 210 84 C 552ngaøy D 414 ngaøy Po phóng xạ α và biến đổi thành hạt nhân chì Tại thời điểm t tỉ lệ số hạt nhân chì và số hạt nhân Po mẫu là ,tại thời điểm t này tỉ số khối lượng chì và khối lượng Po là: (16) A 4,905 Câu Chaát lượng 131 53 B 0,196 131 53 C 5,097 D 0,204 I có chu kỳ bán rã là 192 Nếu ban đầu có 1kg 131 53 I I thì sau 40 ngaøy ñeâm thì khoái I coøn laïi laø A 200g B 250g C 31,25g D 166,67g Câu Mỗi đồng vị phóng xạ A lúc đầu có No=2,86.1026 hạt nhân Trong đầu phát 2,29.1015 tia phóng xạ Chu kỳ bán rã đồng vị A là : A 18 phút B C 30 phút D 15 phút Câu Một chất phóng xạ có số phân rã λ = 1,44.10 -3 (h-1) Trong thời gian bao lâu thì 75% hạt nhân ban đầu bị phân rã ? A 36 ngày B 40,1 ngày C 39,2 ngày D 37,4 ngày Câu Người ta nhận phòng thí nghiệm m(g) chất phóng xạ A có chu kỳ bán rã là 192 Khi lấy sử dụng thì khối lượng chất phóng xạ này còn 1/64 khối lượng ban đầu Thời gian kể từ bắt đầu nhận chất phóng xạ đến lúc lấy xử dụng là : A 48 ngày B 36 ngày Câu Đồng vị phóng xạ đồng 66 29 C 24ngày D 32 ngày Cu có chu kì bán rã T = 4,3 phút Sau thời gian 12,9 phút thì độ phóng xạ đồng vị này giảm xuống còn bao nhiêu ? A 85% Câu Cho biết B 87,5% 238 92 Uvà 235 92 C 82,5% D 80% U là các chất phóng xạ có chu kì bán rã là T1 = 4,5.109 năm và T2 = 7,13.108 năm Hiện quặng urani thiên nhiên có lẫn 238 92 U và 235 92 U theo tỉ lệ 160 : Giả thiết thời điểm ban đầu tạo thành Trái Đất thì tỉ lệ trên là 1:1 Tuổi hình thành Trái Đất là ? A 4,91.109 năm Câu 200 79 B 5,48.109 năm C 6,2.109 năm D 7,14.109 năm Au là chất phóng xạ Biết độ phóng xạ 3.10 –9 kg chất đó là 58,9 Ci Chu kì bán rã Au 200 là bao nhiêu ? A 47,9 phút B.74,9 phút C.94,7 phút D 97,4 phút Câu 10 Khi phân tích mẫu gỗ, người ta thấy có 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã thành các nguyên tử A 17610 năm 14 14 C đã bị N Biết chu kì bán rã C là 5570 năm Tuổi mẫu gỗ này là : B.11400năm C.16710năm D 14100năm Câu 11 Ban đầu gam Radon Rn là chất phóng xạ với chu kì bán rã T = 3,8 ngày Độ phóng xạ lượng Rn trên sau thời gian 9,5 ngày là: A 1,22.105 Ci B.1,36.105 Ci C.1,84.105 Ci D.1,92.105 Ci Câu 12 Radon là chất phóng xạ có chu kì bán rã T= 3,6 ngày Tại thời điểm ban đầu có 1,2 g sau khoảng thời gian t = 1,4T thì số nguyên tử Rn còn lại là bao nhiêu ? A 1,874.1018 B.2,165.1019 C.1,234.1021 D.2,465.1020 222 86 Rn, (17) Câu 13 Ban đầu có m0 = 1mg chất phóng xạ radon 222 86 Rn Sau 15,2 ngày thì độ phóng xạ nó giảm 93,75%, độ phóng xạ Rn lúc đó là bao nhiêu ? A H = 0,7553.1012 Bq B.1,6854.1011 Bq C H = 1,4368.1011 Bq D H = 0,3575.1012 Bq Câu 14 Một chất phóng xạ có số phóng xạ 1,44.10 –3.h-1 Sau thời gian bao lâu thì 75% số hạt nhân ban đầu bị phân rã hết ? A.36 ngày Câu 15 238 92 B 37,4 ngày C.39,2 ngày D.40,1 ngày U sau nhiều lần phóng xạ hạt α và β – biến thành hạt nhân 206 82 Pb Biết chu kì bán rã biến đổi tổng hợp này là 4,6.109 năm Giả sử ban đầu loại đá chứa 238 92 U không chứa 206 82 Pb Hiện 238 92 tỉ lệ khối lượng các chất 206 82 U và Pb là 37 thì tuổi mẫu đá là ? A 2.107 năm B.2.108 năm C.2.109 năm D.2.1010 năm Câu 16 Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T và thời điểm ban đầu có 32N0 hạt nhân Sau các khoảng thời gian T/2, 2T và 3T thì số hạt nhân còn lại là ? A 24N0, 12N0, 6N0 B C.16N0, 8N0, 4N0 B 16 √ N0, 8N0, 4N0 D 16 √ N0, √ N0, √ N0 Câu 17 Có bao nhiêu hạt β – giải phóng từ μg đồng vị phóng xạ 23 11 23 11 Na Biết đồng vị Na có chu kì bán rã là 15 h A 2,134.1015 hạt B 4,134.1015 hạt C 3,134.1015 hạt D 1,134.1015 hạt Câu 18 Chất phóng xạ Po có chu kì bán rã là 138 ngày Tính số hạt nhân Po để có độ phóng xạ là Ci A 1018 hạt B 50,2.1015 hạt C 63,65.1016 hạt D 30,7.1014 hạt Câu 19 Một gam chất phóng xạ 1s phát 4,2.1013 hạt β– Khối lượng nguyên tử chất phóng xạ này là 58,933 u; 1u = 1,66.10-27 kg Chu kì bán rã chất phóng xạ này là ? A 1,78.108 s Câu 20 Chu kì bán rã B 1,68.108 s 211 84 C 1,86.108 s D 1,87.108 s Po là 138 ngày Khi phóng tia anpha poloni biến thành chì Sau 276 ngày, khối lượng chì tạo thành từ 1mmg Po là : A 0,6391 g B 0,3679 g C 0,7360 g D 0,7810 g Câu 21 Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T =10s Lúc đầu có độ phóng xạ 2.107 Bq độ phóng xạ giảm xuống còn 0,25.107 Bq thì phải khoảng thời gian bao lâu: A 30 s B 20 s C 15 s D 25 s Câu 22 Phốtpho có chu kỳ bán rã là 14 ngày Ban đầu có 300g chất phốt sau 70 ngày đêm, lượng phốt còn lại là : A 7,968 g Đáp án B 7,933 g C 8,654 g D 9,735 g (18) D 13 A 14 D C 15 B B 17 D 16 B A 18 C B 19 B A 20 A 21 10 C 22 11 B 23 12 C 24 ************************ ****************************** Ph PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH I TÓM TẮT LÍ THUYẾT Phản ứng phân hạch : a) Sự phân hạch : - là vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ và vài nơtron , sau hấp thụ nơtron chậm - đặc điểm : phân hạch giải phóng lượng lớn b) Phản ứng phân hạch dây chuyền : - Sau phân hạch hạt nhân nặng (như U, Pu… ) thành các hạt nhân nhẹ và kèm theo k hạt nơtron tiếp tục gây phân hạch cho các hạt nhân khác và số phân hạch tăng lên nhanh chóng : chính là phản ứng phân hạch dây chuyền - Điều kiện để xảy phản ứng phân hạch dây chuyền : gọi k là hệ số nhân nơtron ( là số nơtron trung bình còn lại sau phân hạch ) + k < thì phản ứng dây chuyền không xảy + k = thì phản ứng dây chuyền xảy với mật độ nơtron không đổi : đây là phản ứng dây chuyền điều khiển dùng nhà máy hạt nhân + k > thì xảy phản ứng dây chuyền không điều khiển , dẫn đến vụ nổ bom nguyên tử Để giảm thiểu số nơtron bị mát bên ngoài để k ≥ thì khối lượng nhiêu liệu hạt nhân phải có giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn hạt nhân đó ( mth ) c) Ứng dụng : - Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị tạo phản ứng phân hạch dây chuyền điều khiển + nguyên liệu hạt nhân : U hay 239 Pu + điều khiển có chứa Bo, Cd để hấp thụ nơtron thừa - Nhà máy điện nguyên tử : chứa lò phản ứng hạt nhân và thiết bị tua bin tao điện nhờ lượng toả từ phản ứng phân hạch hạt nhân (19) Phản ứng nhiệt hạch : a) phản ứng nhiệt hạch : - là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng nhiệt độ cao và toả lượng cực lớn Các phản ứng hạt nhân phải có nhiệt độ cỡ 109 0K b) Thực phản ứng nhiệt hạch : - các phản ứng nhiệt hạch tự nhiên xảy lòng Mặt Trời và các ngôi vì đó có đủ các điều kiện để phản ứng xảy : khí hiđro , heli là chủ yếu ( cấu tạo nên các mặt trời) và nhiệt độ đủ lớn , áp suất cao - phản ứng nhiệt hạch nhân tạo : trên Trái Đất thực phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát dạng bom khinh khí ( bom H) Vấn đề kiểm soát phản ứng nhiệt hạch có ý nghĩa to lớn vì phản ứng nhiệt hạch toả lượng lớn mà lại với môi trường, nguyên liệu nhẹ H xem là vô tận Chú ý : Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch chính là hai dạng đặc biệt phản ứng hạt nhân Nhưng có dạng bài tập riêng nên tách riêng thành phần ! II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại 1: Tìm lượng toả phản ứng phân hạch, nhiệt hạch biết khối lượng và tính lượng cho nhà máy hạt nhân lượng thay : - cho khối lượng các hạt nhân trước và sau phản ứng : M0 và M Tìm lượng toả xảy phản ứng ( phân hạch nhiệt hạch ): Năng lượng toả : Q = ( M0 – M ).c2 MeV (3.1) - Suy lượng toả m gam phân hạch (nhiệt hạch ) : E = Q.N = Q Ví dụ 1: Năng lượng tỏa quá trình phân chia hạt nhân kg nguyên tử m N A A 235 92 MeV (3.2) U là 5,13.1026 MeV Cần phải đốt lượng than đá bao nhiêu để có nhiệt lượng Biết suất tỏa nhiệt than là 2,93.107 J/kg B 28.105 kg A.28 kg C 28.107 kg D 28.106 kg Giải - Rất đơn giản : để có lượng tương đương với lượng kg 235 92 U thì nhiệt lượng toả từ việc đốt lượng thay phải đúng Q toả 235U - Ta có : 1kg 235 92 U tạo Q = 5,13.1026 MeV = 8,208.1013 J Suy lượng than phải đốt là : m ¿ Q ≈ 28 105 , 93 10 kg ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 2: 235 92 U+ n→ 95 42 Mo + 139 57 La +2 n là phản ứng phân hạch Urani 235 Biết khối lượng hạt nhân : mU = 234,99 u ; mMo = 94,88 u ; mLa = 138,87 u ; mn = 1,0087 u.Cho (20) suất toả nhiệt xăng là 46.106 J/kg Khối lượng xăng cần dùng để có thể toả lượng tương đương với gam U phân hạch ? A 1616 kg B 1717 kg C.1818 kg D.1919 kg Giải Số hạt nhân nguyên tử 235U gam vật chất U là : - m N A = ,02 1023=2 ,5617 1021 hạt A 235 N = - Năng lượng toả giải phóng hoàn toàn hạt nhân 235 U phân hạch là: Q = ( M0 – M ).c2 = ( mU + mn – mMo– mLa – 2mn ).c2 = 215,3403 MeV - Năng lượng gam U phản ứng phân hạch : E = Q.N = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.1023 1,6.10 –3 J = 8,8262 J - Khối lượng xăng cần dùng để thu lượng gam 235U phân hạch : m ¿ Q ≈ 1919 kg 46 10 ⇒ Chọn đáp án D Loại 2: Tìm lượng toả biết độ hụt khối hay lượng liên kết - Xét phản ứng nhiệt hạch : H H + H → He+ n Cho biết lượng liên kết H , H , Tìm lượng toả phản ứng ? Ta có : Wlk H = mp + mn – m( 21 H ) ⇒ = mp + 2mn – m( 31 H ) ⇒ Wlk H Wlk He = 2mp + 2mn – m( 42 He) m( H ) = mp + mn – Wlk H m( H ) = mp + 2mn – Wlk H m( 42 He) = 2mp + 2mn – Wlk ⇒ He ⇒ lượng toả : Q = m( 21 H ) + m( 31 H ) – m( 42 He) – mn = Wlk He – Wlk H – Wlk H = Wlk He – (Wlk H + Wlk H ) Tổng quát lên : - Q = ∑ Wlk sau – ∑ Wlk trước Xét phản ứng : (3.3) H + H → He + n Cho biết độ hụt khối H , He Tìm lượng toả ? Ta có : Δm Δm H = mp + mn – m( 21 H ) He = 2mp + mn – m( He) ⇒ m( 21 H ) = mp + mn – Δm ⇒ m( He) = 2mp + mn – Δm ⇒ lượng toả : Q = m( 21 H ) - m( 32 He) - mn = Δm Tổng quát lên : Q = (∑ Δm sau – ∑ Δm trước)c2 Ví dụ 1:[09A] : Cho phản ứng hạt nhân: He –2Δm 2 H He H (3.4) D+ T → He+ X Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ : A 15,017 MeV B 17,498 MeV C 21,076 MeV D 200,025 MeV (21) Giải - Đây là phản ứng nhiệt hạch toả lượng tính theo độ hụt khối các chất Phải xác định đầy đủ độ hụt khối các chất trước và sau phản ứng Nên ta phải xác định hạt nhân X là : X≡ là nơtron nên có Δm = n - Vậy lượng toả cảu phản ứng : Q = ( ∑ Δm sau – ∑ Δm trước)c2 = (ΔmHe + Δmn – ΔmH + ΔmT ).c2 = 17,498 MeV ⇒ Chọn đáp án : B 234 92 Ví dụ 2: Tìm lượng tỏa hạt nhân U phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri 230 90 Th Cho các lượng liên kết riêng hạt α là 7,1 MeV, 234U là 7,63 MeV, 230Th là 7,7 MeV A 10,82 MeV B 13,98 MeV C 11,51 MeV D 17,24 MeV Giải - Đây là bài toán tính lượng toả phân rã phóng xạ biết Wlk các hạt nhân phản ứng - Do đó ta phải xác định Wlk từ kiện Wlk riêng đề bài Ta có phóng xạ diễn sau : 234 92 U → 230 90 Th + α Năng lượng liên kết các hạt nhân là : Wlk U = 7,63.234 = 1785,42 MeV , Wlk Th = 7,7.230 = 1771 MeV , Wlk α = 7,1.4= 28,4 MeV - Áp dụng công thức ta có lượng toả phân rã trên là: Q = ∑ Wlk sau – ∑ Wlk trước = Wlk Th + Wlk α – Wlk U = 13,98 MeV ⇒ Chọn đáp án : B III BÀI TẬP ÁP DỤNG Câu Một nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu 235 92 U trung bình phản ứng tỏa 200MeV Công suất 1000MW, hiệu suất 25% Tính khối lượng nhiên liệu đã làm giàu 235 92 U đến 35% cần dùng năm? A 5,4 B 4,8 C 4,4 Câu Năng lượng trung bình toả phân hạch hạt nhân D 5,8 235 92 U là 200 MeV Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani trên co công suất 500 MW, hiệu suất chuyển hoá lượng là 20% Khối lượng 235 92 U tiêu thụ năm nhà máy là bao nhiêu ? A 865,12 kg B.926,74 kg C 961,76 kg D 856,47 kg Câu Năng lượng liên kết riêng hạt α là 7,1 MeV ; 234U là 7,63 MeV ; 230 234 U phân rã thành 230Th và tia α Tính lượng toả phân rã trên là ? A 12 MeV B 13 MeV C 14 MeV D 15 MeV Th 7,7 MeV Biết (22) +¿0n Biết độ hụt khối tạo thành các D+ T → He \{ ¿ hạt nhân 21 D , 31 T và là:ΔmD= 0,0024u; ΔmT= 0,0087u; ΔmHe= 0,0305u; Cho 1u=931 MeV /c Năng lượng tỏa phản ứng là: A 180,6 MeV B18,06 eV C.18,06 MeV D 1,806 MeV Câu Bom nhiệt hạch dùng làm phản ứng D +T → He + n Nếu có kmol He tạo thành thì lượng tỏa là ( khối lượng nguyên tử đã biết ) A 23,5.1014 J B 28,5.1014 J C 25,5.1014 J D 17,4.1014 J 27 30 Câu Khi bắn phá 27 hạt α Phản ứng xảy theo phương trình: 13 U + α → 15 P+n Biết khối 13 Al Câu Chọn câu đúng Vho phản ứng hạt nhân sau: lượng hạt nhân mAl= 16,974u; mP= 29,970u, mα= 4,0013u Bỏ qua động các hạt sinh thì lượng tối thiểu để hạt α để phản ứng xảy ra: A 2,5MeV B 6,5 MeV C 1,4 MeV D 3,2 MeV Đáp án C D I TÓM TẮT LÍ THUYẾT Phản ứng hạt nhân : - là quá trình dẫn đến biến đổi hạt nhân - Phản ứng hạt nhân thương chia thành hai loại : Phản ứng tương tác : hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành các hạt nhân khác Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền (hạt nhân mẹ) thành các hạt nhân khác (hạt nhân con) và kèm theo các tia phóng xạ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân : A + B → C + D a) Định luật bảo toàn số nuclôn ( số khối) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon các hạt tương tác tổng số nuclon các hạt sản phẩm Ta có : AA + AB = AC + AD b) Định luật bảo toàn điện tích : Tổng đại số các điện tích các hạt tương tác tổng đại số các điện tích các hạt sản phẩm Ta có : ZA +ZB = ZC + ZD (23) c) Định luật bảo toàn lượng toàn phần : gồm động và lượng nghỉ Tổng lượng toàn phần các hạt tương tác tổng lượng toàn phần các hạt sản phẩm WA + WB + mA.c2 + mB.c2 = WC + WD + mC.c2 + mD.c2 Ta có : ⇔ WA + WB + Q = WC + WD Với Q là lượng phản ứng hạt nhân ( kể dấu để xem là thuộc loại phản ứng toả hay thu nhiệt mà đề cập phần ) d) Định luật bảo toàn động lượng : Vector tổng động lượng các hạt tương tác vector tổng động lượng các hạt sản phẩm → Ta có : → → → p A + p B= pC + p D Năng lượng phản ứng hạt nhân : Trong phản ứng hạt nhân có thể là phản ứng toả nhiệt thu nhiệt Với M0 = mA + mB là tổng khối lượng nghỉ các hạt nhân trước phản ứng M = mC + mD là tổng khối lượng nghỉ các hạt nhân sau phản ứng Khi đó lượng phản ứng hạt nhân có giá trị : Q = ( M0 – M ).c2 = Δm.c2 + Q > : phản ứng toả nhiệt +nếu Q < : phản ứng thu nhiệt II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP Loại 1: Xác định hạt nhân còn thiếu và số hạt ( tia phóng xạ ) phản ứng hạt nhân a) Xác định tên hạt nhân còn thiếu : - Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích Chú ý : nên học thuộc vài chất có số điện tích thường gặp phản ứng hạt nhân (không cần quan tâm đến số khối vì nguyên tố loại nào phụ thuộc vào Z : số thứ tự bảng HTTH - Một vài loại hạt phóng xạ và đặc trưng điện tích, số khối chúng : hạt α ≡ He , hạt nơtron ≡ 1 n , hạt proton ≡ p , tia β─ ≡ −1 e , tia β+ ≡ +.1 e , tia γ có chất là sóng điện từ b) Xác định số các hạt ( tia ) phóng xạ phát phản ứng : - Thông thường thì loại bài tập này thuộc phản ứng phân hạch hạt nhân Khi đó hạt nhân mẹ sau nhiều lần phóng xạ tạo x hạt α và y hạt β ( chú ý là các phản ứng chủ yếu tạo loại β– vì nguồn phóng xạ β+ là ) Do đó giải bài tập loại này cho đó là β– , giải hệ hai ẩn không có nghiệm thì giải với β+ - mà không có đâu ! - Việc giải số hạt hai loại tia phóng xạ thì dựa trên bài tập dạng a) trên Ví dụ : Tìm hạt nhân X phản ứng hạt nhân sau : 10 A T Bo + X → α + B D Be C n D 1 p (24) Giải - Trước tiên phải xác định đầy hạt α có Z và A bao nhiêu α ≡ He nên áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích Khi đó suy : X có điện tích Z = 2+ – =1 và số khối A = + – 10 = - Vậy X là hạt nhân D đồng vị phóng xạ H ⇒ Chọn đáp án B Thí dụ Trong phản ứng sau đây : n + A Electron 235 92 95 42 U→ B Proton Mo + 139 57 La + 2X + 7β– ; haït X laø C Heâli D Nôtron Giải - Ta phải xác định điện tích và số khối các tia & hạt còn lại phản ứng : n ; β– −1 - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối ta : hạt X có : 2Z = 0+92 – 42 – 57 – 7.(-1) = và 2A = + 235 – 95 – 139 – 7.0 = Vậy suy X có Z = và A = Đó là hạt nơtron n ⇒ Chọn đáp án : D 24 11 Thí dụ Haït nhaân trò Na phân rã β– và biến thành hạt nhân X Số khối A và nguyên tử số Z có giá A A = 24 ; Z =10 B A = 23 ; Z = 12 C A = 24 ; Z =12 D A = 24 ; Z = 11 Giải 24 11 Na → X + −1 β– - Từ đề bài, ta có diễn biến phản ứng trên là : - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta : X có Z = 11 – (-1) = 12 và số khối A = 24 – = 24 ( nói thêm X chính là 24 12 Mg ) ⇒ Chọn đáp án C Thí dụ Urani 238 sau loạt phóng xạ α và biến thành chì Phương trình phản ứng là: 238 92 U→ A y = 206 82 Pb + x He + y B y = −1 β– y coù giaù trò là : C y = D y = Giải - Bài tập này chính là loại toán giải phương trình hai ẩn , chú ý là hạt β– có số khối A = , đó phương trình bảo toàn số khối có ẩn x hạt α Sau đó thay giá trị x tìm vào phương trình bảo toàn điện tích ta tìm y (25) - ¿ x +0 y=238 −206=32 x +(−1) y=92 − 82=10 ⇔ ¿ x=8 Chi tiết bài giải sau : x − y=10 ⇔ ¿ x=8 y=6 ¿{ ¿ - Vậy giá trị y = ⇒ Chọn đáp án : C Ví dụ Sau bao nhieâu laàn phoùng xaï α vaø bao nhieâu laàn phoùng xaï β– thì haït nhaân 208 thaønh haït nhaân 82 Pb ? A laàn phóng xạ α ; laàn phóng xạ β– 232 90 Th biến đổi B laàn phóng xạ α ; laàn phóng xạ β– C laàn phóng xạ ; laàn phóng xạ β– D laàn phóng xạ α ; laàn phóng xạ β– Giải - Theo đề ta có quá trình phản ứng : 232 90 Th → 208 82 Pb + x He + y −1 β– - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta : ¿ x +0 y=232 −208=24 x +(−1) y=90 − 82=8 ⇔ ¿ x=6 x − y=8 ⇔ ¿ x=6 y =4 ¿{ ¿ Vậy có hạt α và hạt β – ⇒ Chọn đáp án : D Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân : T + X → α + n X là hạt nhân A nơtron B proton C Triti D Đơtơri Giải - Ta phải biết cấu tạo các hạt khác phản ứng : T , α ≡ He , - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta : X có điện tích Z = + – = & số khối A = + – = Vậy X là ⇒ Chọn đáp án : D Loại Xác định lượng phản ứng hạt nhân - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D D n (26) - Khi đó : + M0 = mA + mB là tổng khối lượng nghỉ các hạt nhân trước phản ứng + M = mC + mD là tổng khối lượng nghỉ các hạt nhân sau phản ứng - Ta có lượng phản ứng xác định : Q = ( M0 – M ).c2 = Δm.c2 + Q > : phản ứng toả nhiệt + Q < : phản ứng thu nhiệt - Với bài toán tìm lượng m (g) chất A tham gia phản ứng hạt nhân Ta có tổng lượng phản ứng là : E=Q N=Q m.NA A 23 11 Ví dụ Thực phản ứng hạt nhân sau : MeV Na + D → He + 20 10 Ne Biết mNa = 22,9327 u ; mHe = 4,0015 u ; mNe = 19,9870 u ; mD = 1,0073 u Phản ứng trên toả hay thu lượng bao nhiêu J ? A thu 2,2375 MeV B toả 2,3275 MeV C.thu 2,3275 MeV D toả 2,2375 MeV Giải - Ta có lượng phản ứng hạt nhân trên là : Q = ( M0 – M ).c2 = ( mNa + mHe ─ mNe ─ mD )c2 = + 2,3275 MeV Dấu “ + ” chứng tỏ đây là phản ứng toả lượng ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 2: phản ứng phân hạch hạt nhânUrani 235 92 U lượng trung bình toả phân chia hạt nhân là 200 MeV Tính lượng toả quá trình phân chia hạt nhân kg Urani lò phản ứng A 8,2.1012 J B 8,2.1013 J C 7,6.1012 J D 7,6.1013 J Giải: - Số hạt nhân Urani có 1kg Urani: N= - m N A 103 , 023 1023 = = 2,563.1024 hạt A 235 Năng lượng toả 1kg Urani: E0 = N ΔE = 2,563.1024.200 = 5,126.1026 MeV = 8,2.1013 J ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: cho phản ứng hạt nhân: T+ D → He + X +17,6MeV Tính lượng toả từ phản ứng trên tổng hợp 2g Hêli A 52,976.1023 MeV B 5,2976.1023 MeV C 2,012.1023 MeV Giải: - Số nguyên tử hêli có 2g hêli: N= m N A A = , 023 1023 = 3,01.1023 MeV - Năng lượng toả gấp N lần lượng phản ứng nhiệt hạch: D.2,012.1024 MeV (27) E = N.Q = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV ⇒ Chọn đáp án A Loại Động và vận tốc các hạt phản ứng hạt nhân - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D a) Khi biết khối lượng đầy đủ các chất tham gia phản ứng - Ta áp dụng định luật bảo toàn lượng : M0c2 + WA +WB = Mc2 + WC +WD ⇔ Q + WA +WB = WC +WD Chú ý : dấu Q là toả lượng hay thu lượng để khỏi bị nhầm lúc làm toán b) Khi biết khối lượng không đầy đủ và vài điều kiện động và vận tốc hạt nhân - Ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng : → → → → p A + p B= pC + p D → ( p ) =( mv ) =2 m ƯW Chú ý : Ví dụ hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng : α + 27 13 Al → 30 15 P + n phản ứng này thu lượng Q= 2,7 MeV Biết hai hạt sinh có cùng vận tốc, tính động hạt α ( coi khối lượng hạt nhân số khối chúng) A 1,3 MeV B 13 MeV C 3,1 MeV D 31 MeV Giải - Ta có K p mP = K n mn =30 ⇒ Kp = 30 Kn Mà Q = Kα ─ Kp ─ Kn = Kα ─ 31 K n (1) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v ⇒ mα Kα = 2( mp + mn)( Kp +Kn) Kα 961 ⇔ Kα = 31( Kp + Kn)= 961 Kn ⇒ Kn= Thay vào (1) ta có Q = 27 K α 31 ⇒ Kα = 31Q 31 = 2,7=3,1MeV 27 27 ⇒ Chọn đáp án C Ví dụ 2: người ta dùng hạt prôtôn có động Wp= 2,69 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên thu hạt α có cùng động cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 tính động và vận tốc mổi hạt α tạo thành? A 9,755 MeV ; 3,2.107m/s B.10,55 MeV ; 2,2.107 m/s C 10,55 MeV ; 3,2.107 m/s D 9,755.107 ; 2,2.107 m/s Giải Năng lượng phản ứng hạt nhân là : Q = ( M0 – M ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có Q +Wp= 2W α ⇒ W α= Q+W p =10 ,05 MeV (28) Vận tốc mổi hạt α là: v = c √ 2W α =2,2.107m/s 931 , 0015 ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: Một nơtơron có động Wn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây phản ứng: n+ Li → X+ He Biết hạt nhân He bay vuông góc với hạt nhân X Động hạt nhân X và He là :? Cho mn = 1,00866 u;mx = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u A.0,12 MeV & 0,18 MeV B.0,1 MeV & 0,2 MeV C.0,18 MeV & 0,12 MeV D 0,2 MeV & 0,1 MeV Giải - Ta có lượng phản ứng là : : Q = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV ( đây là phản ứng thu lượng ) → → → ⇔ - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: pn = pHe + p X 2 Pn=PHe + P X ⇒ 2mnWn= 2mHe W He + 2mx Wx (1) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng :Q =Wx +W He ─Wn = -0,8 (2) ¿ W H +3 W X =1,1 W He +W X =0,3 ⇔ Từ (1),(2) ta có hệ phương trình: MeV ¿ W He=0,2 W X =0,1 ¿{ ¿ e ⇒ Chọn đáp án B III BÀI TẬP ÁP DỤNG: 23 11 Câu Dùng hạt prôton có động làWp = 5,58MeV bắn vào hạt nhân Na đứng yên ta thu hạt α và hạt nhân Ne cho khồng có xạ γ kèm theo phản ứng và động hạt α là W α = 6,6 MeV hạt Ne là 2,64MeV Tính lượng toả phản ứng và góc vectơ vận tốc hạt α và hạt nhân Ne ?(xem khối lượng hạt nhân số khối chúng) A 3,36 MeV; 1700 B 6,36 MeV; 1700 C 3,36 MeV; 300 Câu Dùng hạt prôton có động làWp = 3,6MeV bắn vào hạt nhân D 6,36 MeV; 300 Li đứng yên ta thu được2 hạt X giống hệt có cùng động tính động mổi hạt nhân X? Cho cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m X = 4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 A.8,5MeV Câu Đồng vị 234 92 B.9,5MeV C.10,5MeV D.7,5MeV U phóng xạ α biến thành hạt nhân Th không kèm theo xạ γ tính lượng phản ứng và tìm động , vận tốc Th? cho m α = 4,0015u; mU =233,9904u ; mTh=229,9737u; 1u = 931MeV/c2 A thu 14,15MeV; 0,242MeV; 4,5.105 m/s B toả 14,15MeV; 0,242 MeV; 4,5.105 m/s (29) C toả 14,15MeV; 0,422MeV; 5,4.105 m/s D thu 14,15MeV; 0,422MeV; 5,4.105 m/s Câu Hạt α có động W α = 4MeV bắn vào hạt nhân Nitơ đứng yên gây phản ứng : 14 α+ 1 N ─> H+X Tìm lượng phản ứng hạt nhân và vận tốc hạt nhân X Biết hai hạt sinh có cùng động Cho m α = 4,002603u ; mN = 14,003074u; mH = 1,0078252u; mX = 16,999133u;1u = 931,5 MeV/c2 Câu A toả 11,93MeV; 0,399.107 m/s B thu 11,93MeV; 0,399.107 m/s C toả 1,193MeV; 0,339.107 m/s D thu 1,193MeV; 0,399.107 m/s 226 88 Ra là hạt nhân phóng xạ sau thời gian phân rã thành hạt nhân và tia α Biết mRa = 225,977 u; mcon = 221,970 u ; m α = 4,0015 u; 1u = 931,5 MeV/c2 Tính động hạt α và hạt nhân phóng xạ Radi A 5,00372MeV; 0,90062MeV B 0,90062MeV; 5,00372MeV C 5,02938MeV; 0,09062MeV D 0,09062MeV; 5,02938MeV Câu Chọn câu trả lời đúng Prôtôn bắn vào nhân bia đứng yên Liti ( Li ) Phản ứng tạo hai hạt X giống hệt bay Hạt X là : A Đơtêri B Prôtôn C Nơtron 238 92 Câu Chọn câu trả lời đúng Hạt nhân bền chì 206 82 U D Hạt α sau phát các xạ α và β cuối cùng cho đồng vị Pb Số hạt α và β phát là: A hạt α và 10 hạt β+ B hạt α và hạt β- Câu Chọn câu đúng Xét phóng xạ : A Zx = Z – và Ax= A – A Z C hạt α và hạt β+ D.8 hạt α và hạt β- Y → α + AZ X Trong đó Zx và Ax X X B Zx = Z và Ax = A C Zx = Z – và Ax= A– D Zx = Z +1 và Ax= A Câu Khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ tia a tia - thì hạt nhân nguyên tử biến đổi nào? A Số khối giảm 4, số prôtôn giảm B Số khối giảm 4, số prôtôn tăng C Số khối giảm 4, số prôtôn giảm D Số khối giảm 2, số prôtôn giảm Caâu 10 Haït nhaân phoùng xaï Poâloâni 210 84 Po đứng yên phát tia α và sinh hạt nhân X Biết phản ứng phân rã α Pôlôni giải phóng lượng Q = 2,6MeV Lấy gần đúng khối lượng các hạt nhân theo số khối A đơn vị u Động hạt α có giá trị A 2,15MeV Caâu 11 Haït nhaân laø : B 2,55MeV 226 88 C 2,75MeV D 2,89MeV Ra đứng yên phóng xạ α và biến đổi thành hạt nhân X , biết động hạt α Wα = 4,8 MeV Lấy khối lượng hạt nhân tính u số khối chúng, lượng tỏa phản ứng trên A 1.231 MeV B 2,596 MeV C 4,886 MeV D 9,667 MeV (30) Câu 12 Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Beri đứng yên Hai hạt sinh là Hêli và X : 1 p+ Be → He + X Biết proton có động Kp= 5,45MeV, Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc proton và có động KHe = 4MeV Cho độ lớn khối lượng hạt nhân (đo đơn vị u) xấp xỉ số khối A nó Động hạt X A 3,575MeV B 1,225MeV C 6,225MeV D 8,525 MeV Câu 13 Cho phản ứng hạt nhân : n + Li → T + α + 4,8 MeV Cho biết mn = 1,0087u; mT = 3,016u; mα = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2 Khối lượng hạt nhân Li có giá trị 1063 A 6,1139 u B 6,0839 u C 6,411 u D 6,0139 u Caâu 14 Dưới tác dụng xạ γ, hạt nhân Be có thể tách thành hai hạt nhân He Biết mBe= 9,0112 u ; mHe= 4,0015 u ; mn= 1,0087 u Để phản ứng trên xảy thì xạ γ phải có tần số tối thiểu là bao nhiêu ? A 2,68.1020 Hz B 1,58.1020 Hz C 4,02.1020 Hz D 1,13.1020 Hz Caâu 15 Hạt α có khối lượng 4,0013u gia tốc xíchclotron có từ trường B=1T Đến vòng cuối, quỹ đạo hạt có bán kính R=1m Năng lượng nó đó là: A 25 MeV B 48 MeV C 16 MeV D 39 MeV 222 Rn Caâu 16 Hạt nhân 86 phóng xạ α Phần trăm lượng tỏa biến đổi thành động hạt α: A 76% B 98% C 92% D 85% 14 14 17 Caâu 17 Bắn hạt α vào hạt nhân N ta có phản ứng: N + α → P+ p Nếu các hạt sinh có cùng vận tốc v Tính tỉ số động các hạt sinh và các hạt ban đầu A 3/4 B2/9 C1/3 D5/2 Đáp án 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ********************************** **************************************** Phầ LÍ THUYẾT TỔNG (31) Câu 1:[09A] Trong phân hạch hạt nhân 92 235 U , gọi k là hệ số nhân nơtron Phát biểu nào sau đây là đúng? A Nếu k < thì phản ứng phân hạch dây chuyền xảy và lượng tỏa tăng nhanh B Nếu k = thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy C Nếu k > thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy D Nếu k > thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì và có thể gây nên bùng nổ Câu Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối và số nuclôn hạt nhân X lớn số nuclôn hạt nhân Y thì A lượng liên kết riêng hai hạt nhân B hạt nhân Y bền vững hạt nhân X C lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân Y D hạt nhân X bền vững hạt nhân Y Câu Phát biểu nào đây là sai nói độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)? A Độ phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ B Đơn vị đo độ phóng xạ là becơren C Với lượng chất phóng xạ xác định thì độ phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử lượng chất đó D Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ phụ thuộc nhiệt độ lượng chất đó Câu Phát biểu nào là sai ? A Các đồng vị cùng nguyên tố có cùng vị trí bảng thống tuần hoàn B Các đồng vị cùng nguyên tố có số notron khác nên tính chất hoá học khác C Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton có số notron khác gọi là đồng vị D Các đồng vị phóng xạ không bền Câu Năng lượng liên kết riêng là lượng liên kết : A cặp proton – notron B tính cho nuclon C cặp proton – proton D tính riêng cho hạt nhân Câu Phản ứng nhiệt hạch là A kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng điều kiện nhiệt độ cao B kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành hạt nhân nặng nhiệt độ cao C phân chia hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ kèm theo toả nhiệt D phân chia hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ + Câu Cho các tia phóng xạ α , β , β , vào điện trường theo phương vuông góc với các đường sức Tia không bị lệch hướng điện trường là + A tia β B tia β C tia D tia α Câu Cho phản ứng hạt nhân: A B + C Biết ban đầu hạt nhân mẹ A đứng yên Có thể kết luận hướng và độ lớn vận tốc các hạt sau phản ứng là : A Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng (32) B Cùng phương, cùng chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng C Cùng phương, cùng chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng D Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng Câu 7: Các đồng vị nguyên tố hoá học có cùng A số prôtôn B số nuclôn C số nơtrôn D lượng liên kết Câu 8: Chọn câu sai Tia anpha (α) A gồm các hạt nhân nguyên tử hêli He B có thể xuyên qua thuỷ tinh dày C làm ion hoá môi trường D bị lệch quỹ đạo điện trường Câu Trong phóng xạ α: A.Hạt nhân lùi ô B Hạt nhân lùi hai ô C Hạt nhân tiến ô D Hạt nhân tiến hai ô Câu 10 Tìm phát biểu sai: A Hai hạt nhân nhẹ hiđrô, hêli kết hợp lại với nhau, thu lượng là phản ứng nhiệt hạch B.Phản ứng hạt nhân sinh các hạt có tổng khối lượng bé khối lượng các hạt ban đầu là phản ứng tỏa lượng C.Urani thường dùng phản ứng phân hạch D.Phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch Câu 11: Khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ tia a tia - thì hạt nhân nguyên tử biến đổi nào ? A Số khối giảm 4, số prôtôn giảm B Số khối giảm 4, số prôtôn giảm C Số khối giảm 4, số prôtôn tăng D Số khối giảm 2, số prôtôn giảm Câu 12: Phát biểu nào sau đây là sai? A Đơn vị khối lượng nguyên tử u là khối lượng 12 khối lượng đồng vị 12 C B 1u = 1,66055.10 31 kg C Khối lượng nuclôn xấp xỉ u D Hạt nhân có số khối A thì có khối lượng xấp xỉ Au Câu 13: Phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật A bảo toàn khối lượng tĩnh (nghỉ) B bảo toàn điện tích C bảo toàn lượng toàn phần D bảo toàn động lượng Câu 14: Phát biểu nào sau đây là sai nói phản ứng phân hạch? A Tạo hai hạt nhân có số khối trung bình C Chỉ xảy với hạt nhân nguyên tử 235 92 U B Xảy hấp thụ nơtrôn chậm D Là phản ứng tỏa lượng Câu 15 Điều kiện xảy phản ứng dây chuyền lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử là hệ số notron s thoả mãn: A).s>1 B).s<1 C).s =1 D)s ≠ (33) Câu 16 Chọn câu trả lời đúng A Khi qua điện trường hai tụ điện, tia α lệch phía âm tụ điện B Tia β+ bị lệch âm nhiều so với tia α vì khối lượng hạt β nhỏ khối lượng hạt α C Tia bị lệch điện trường nhiều vì khối lượng nó nhỏ D Cac bon 14 C laø chaát phoùng xaï β- Câu 17 Khẳng định nào là đúng hạt nhân nguyên tử ? A Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân B Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân C Điện tích nguyên tử điện tích hạt nhân D Lực tỉnh điện liên kết các nuclôn hạt nhân Câu 18 Khẳng định nào là đúng cấu tạo hạt nhân ? A Trong ion đơn nguyên tử số proton số electron B Trong haït nhaân soá proton baèng soá nôtron C Trong hạt nhân số proton nhỏ số nơtron D Các nuclôn khoảng cách liên kết với lực hạt nhân Caâu 19 Nhaän xeùt naøo laø sai veà tia anpha cuûa chaát phoùng xaï? A Phóng từ hạt nhân với vận tốc khoảng 107m/s B Nó làm ion hoá môi trường và dần lượng C Chæ ñi toái ña 8cm khoâng khí D Coù theå xuyeân qua moät taám thuyû tinh moûng Caâu 20 Nhaän xeùt naøo veà tia beâta cuûa chaát phoùng xaï laø sai? A Các hạt β phóng với vận tốc lớn , có thể gần vận tốc ánh sáng B Tia β làm ion hoá môi trường mạnh tia anpha C Tia β−goàm caùc haït chính laø caùc haït electron D Có hai loại tia : tiaβ+ và tia β− (34) Câu 21 Nhận xét nào tia gamma chất phóng xạ là không đúng? A Là sóng điện từ có bước sóng dài , mang lượng lớn B Là hạt phôton , gây nguy hiểm cho người C Không bị lệch điện trườngvà từ trường D Có khả đâm xuyên lớn Câu 22 Nhận xét nào tượng phóng xạ là sai? A Không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài B Không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường C Ảnh hưởng đến áp suất mội trường D Caùc chaát phoùng xaï khaùc coù chu kyø baùn raõ khaùc Câu 23 Nhận xét nào liên quan đến tượng phóng xạ là không đúng? A Phóng xạα , hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ B Phóng xạ −β hạt nhân tiến ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ C Phóng xạ +βhạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ D Phóng xạ hạt nhân sinh tra.ng thái kích thích và chuyển từ mức lượng thấp đến mức lượng cao Câu 24 Tính chất nào liên quan đến hạt nhân nguyên tử và phản ứng hạt nhân là không đúng? A Hạt nhân có lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững B Một phản ứng hạt nhân đó các hạt sinh có tổng khối lượng bé các hạt ban đầu , nghĩa là bền vững , là phản ứng toả lượng C Một phản ứng hạt nhân sinh các hạt có tổng khối lượng lớn các hạt ban đầu , nghĩa là kém bền vững , là phản ứng thu lượng D Phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ hydrô, hêli, thành hạt nhân nặng gọi là phản ứng nhiệt hạch Câu 25 Nhận xét nào phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch là không đúng? A Sự phân hạch là tượng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân trung bình cùng với nơtron (35) B Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao C Bom khinh khí thực phản ứng phân hạch D Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng không kiểm soát Câu 26 Chọn câu trả lời sai A Sự phân hạch là tượng hạt nhân nặng hấp thụ nơ trôn 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 lượng Câu 27 Chọn câu trả lời đúng A Hạt nhân có độ hụt khối cáng lớn thì khối lượng các hạt nhân càng lớn khối lượng các nuclôtron B Hạt nhân có lượng liên kết càng lớn thì độ hụt khối càng nhỏ C Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì càng dễ bị phá vỡ D Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì càng bền Câu 28 Chọn câu trả lời sai A Phản ứng hạt nhân sinh các hạt có tổng khối lượng bé các hạt ban đầu là phản ứng tỏa lượng B Hai hạt nhân nhẹ hidrô, heli kết hợp lại với là phản ứng nhiệt hạch C Ủrani là nguyên tố thường dùng phản ứng phân hạch D Phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn phản ứng phân hạch Câu 29 Chọn câu trả lời đúng Nơtroon nhiệt là: A Nơ trôn môi trường có nhiệt độ cao B Nơ trôn có động trung bình động chuyển động nhiệt C Nơtron chuyển động với vận tốc lớn và tỏa nhiệt D Nơ trôn có động lớn Câu 30 Chọn câu trả lời đúng A Đơtơri kết hợp với Oxi thành nước nặng là nguyên liệu công nghiệp nguyên tử B Hầu hết các nguyên tố là hỗn hợp nhiều đồng vị C Nguyên tử Hidrô có hai đồng vị là Đơtểi và Triti D Đơn vị khối lượng nguyên tử là khối lượng nguyên tử các bon Câu 31 Chọn câu sai A Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ còn 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 còn lại phần tư (36) D Sau khoảng thời gian lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ còn lại phần chín Câu 32 Chọn câu đúng Tróng phóng xạ γ hạt nhân con: A Lùi ô bảng phân loại tuần hoàn B Không thay đổi vị trí bảng phân loại tuần hoàn C Tiến ô bảng phân loại tuần hoàn D Tiến hai ô bảng phân loại tuần hoàn Câu 33 Chọn câu sai A Tia β ion hóa yếu và xuyên sâu vào môi trường mạnh tia α B Tia α có tính chất ion hóa mạnh và không xuyên sâu và môi trường vật chất C Trong cùng môi trường tia γ chuyển động nhanh ánh sáng D Có loại tia phóng xạ α , β+ và β¯ Câu 34 Chọn câu sai A Tia α bao gồm các hạt nhân nguyên tử Heli B Khi ngang qua tụ điện, tia α bị lệch phía cực âm tụ điện C Tia gamma là sóng điện từ có lượng cao D Tia β¯ không hạt nhân phát vì nó mang điện tích âm Câu 35 Chọn câu đúng A Hạt nhân càng bền độ hụt khối càng lớn B Trong hạt nhân số proton luôn luôn số nơtron C Khối lượng proton lớn khối lượng nôtron D Khối lượng hạt nhân tổng khối lượng các nuclon Câu 36 Chọn câu đúng Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ: A Các nơtron B Các nuclon C Các proton D Các electron Câu 37 Các đồng vị phóng xạ có các ứng dụng nào sau đây A Đánh dấu nguyên tử, khuyết tật vật đúc, phân tích vi lượng B Diệt khuẩn C Đánh dấu nguyên tử, khuyết tật vật đúc, phân tích vi lượng, diệt khuẩn D Đánh dấu nguyên tử, khuyết tật vật đúc Câu 38 Phản ứng hạt nhân là: A Sự biến đổi hạt nhân có kèm theo tỏa nhiệt B Sự tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hai hạt nhân khác C Sự kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng D Sự phân rã hạt nhân nặng để biến đổi thành hạt nhân nhẹ bền Câu 39 Câu nào sau đây là sai nói phóng xạ A Tổng khối lượng hạt nhân tạo thành có khối lượng lớn khối lượng hạt nhân mẹ B không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài (37) C hạt nhân bền hạt nhân mẹ D Là phản ứng hạt nhân tự xảy Câu 40 Người ta có thể kiểm soát phản ứng dây chuyền cách: A Làm chậm nơtron than chì B Hấp thụ nở tron chậm các Cadimi C Làm chậm nơ tron nước nặng D Câu a và c Câu 41 Chọn câu sai Lý việc tìm cách thay lượng phân hạch lượng nhiệt hạch là: A Tính trên cùng đơn vị khối lượng là phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhiều phản ứng phân hạch B Nguyên liệu phản ứng nhiệt hạch có nhiều thiên nhiên Phản ứng nhiệt hạch dễ kiểm soát C Phản ứng nhiệt hạch dễ kiểm soát D Năng lượng nhiệt hạch sạh lượng phân hạch Câu 42: Chọn câu phát biểu đúng : A Độ phóng xạ càng lớn khối lượng chất phóng xạ càng 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 môi trường bên ngoài Câu 43 Nêu điều đúng hạt nơtrinô β A là hạt sơ cấp B xuất phân rã phóng xạ C A và B đúng D xuất phân rã phóng xạ α Câu 44 : Chọn câu đúng A Trong ion đơn nguyên tử số proton số electron B Trong hạt nhân nguyên tử số proton phải số nơtron C Lực hạt nhân có bàn kính tác dụng bán kính nguyên tử D.Trong hạt nhân nguyên tử số proton bằnghoặc nhỏ số nơtron Câu 45 Chọn câu sai: A Tia gây nguy hại cho thể B vận tốc tia vận tốc ánh sáng C Tia không bị lệch từ trường và điện trường D Tia có bước sóng lớn tia Rơnghen nên lượng lớn tia Rơnghen Câu 46 Phát biểu nào sau đây là sai nói lực hạt nhân? A Lực hạt nhân là loại lực mạnh các laọi lực đã biết B Lực hạt nhân có tác dụng khoảng cách hai nuclôn nhỏ kích thước hạt nhân C Lực hạt nhân có chất là lực điện, vì hạt nhân các prôtôn mang điện dương D Lực hạt nhân tồn bên hạt nhân (38) Câu 47 Điều nào sau đây là sai nói tia gamma? A Tia gamma thực chất là sóng điện từ có tần số lớn B Tia gamma không nguy hiểm cho người C Tia gamma có khả đâm xuyên mạnh D Tia gamma không mang điện tích Câu 48 Điều nào sau đây là sai nói độ phóng xạ H? A Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu chất phóng xạ đó B Với chất phóng xạ cho trước độ phóng xạ luôn là số C Với lượng chất phóng xạ cho trước, độ phóng xạ giảm dần theo quy luật hàm số mũ theo thời gian D Các chất phóng xạ khác thì độ phóng xạ lượng chất là khác Câu 49 Câu 50 Đáp án 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 (39)