Vật lý 12 Nâng cao - Bài 54. Phản ứng hạt nhân

Câu C1 trang 275 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Nêu một ví dụ về phản ứng hạt nhân xảy ra trong thiên nhiên.
Giải
Phản ứng hạt nhân xảy ra trong thiên nhiên thường gặp là nơtron tương tác với hạt nhân \({}_7^{14}N\) trong khí quyển tạo nên phản ứng :
\({}_0^1n + {}_7^{14}N \to {}_6^{14}C + {}_1^1H\)
với \({}_6^{14}C\) là đồng vị phóng xạ của cacbon \({}_6^{12}C.\)




Câu C2 trang 275 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. So sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hoá học.
Giải
Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa các hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác.
Phản ứng hoá học là phản ứng xảy ra ở lóp vỏ các nguyên tử và kết hợp thành phân tử mới, còn bản thân các hạt nhân nguyên tử trước và sau phản ứng không thay đổi.




Câu C3 trang 275 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Viết định luật bảo toàn số nuclôn và điện luật bảo toàn điện tích cho phản ứng hạt nhân sau :
\({}_{{Z_1}}^{{A_1}}A + {}_{{Z_2}}^{{A_2}}B \to {}_{{Z_3}}^{{A_3}}X + {}_{{Z_4}}^{{A_4}}Y\)
Giải
Định luật bảo toàn số nuclôn : A1 + A2 = A3 +A4
Định luật bảo toàn điện tích : Z1 + Z2 = Z3 + Z4




Câu C4 trang 276 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Áp dụng các định luật bảo toàn, hãy viết phương trình đầy đủ của phản ứng hạt nhân nhân tạo do hai ông bà Giô- li- ô Quy- ri thực hiện năm 1934. Cho biết hạt nhân có Z = 14 là hạt nhân silic (Si).
Giải
Phương trình đầy đủ của phản ứng là : \({}_2^4He + {}_{13}^{27}Al \to {}_{15}^{30}P + {}_0^1n\)
Hạt nhân \({}_{15}^{30}P\) lại tiếp tục phóng xạ \({\beta ^ + }\): \({}_{15}^{30}P \to {}_{14}^{30}Si + {}_{ + 1}^0e\)




Câu C5 trang 278 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Tính năng lượng toả ra khi 1 kg urani \({}^{235}U\) bị phân hạch theo phản ứng (54.7).
Giải
Xét phản ứng phân hạch : \({}_0^1n + {}_{92}^{235}U \to {}_{38}^{94}Sr + {}_{54}^{140}Xe + 2{}_0^1n + 185MeV\)
Cứ mỗi hạt \({}_{92}^{235}U\) phân hạch toả năng lượng 185 MeV. Số hạt nhân \({}^{235}U\) có trong khối lượng m = 1 (kg).
\(N = {m \over A}{N_A} = {{1000} \over {235}}.6,{023.10^{23}} = 2,{56.10^{24}}\) nguyên tử
\( \Rightarrow \) năng lượng toả ra khi phân hạch hoàn toàn 1 kg Urani:
E = 185.N = 185.2,56.1024 = 474.1024 MeV = 4,74.1026 MeV
Với 1 MeV = 1,6.10-13 (J) \( \Rightarrow \) E = 7,58. 1013 (J).




Câu 1. Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia
A. được bảo toàn.
B. tăng.
C. giảm.
D. Tăng hoặc giảm tuỳ theo phản ứng.
Giải
Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt tham gia phản ứng tăng hay giảm tuỳ theo loại phản ứng toả ra hay thu năng lượng.
Chọn đáp án D.




Câu 2 trang 278 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Trong dãy phân rã phóng xạ \({}_{92}^{235}X \to {}_{82}^{207}Y\) có bao nhiêu hạt \(\alpha \) và \(\beta \) được phát ra ?
A. \(3\alpha \) và \(4\beta \).
B. \(7\alpha \) và \(4\beta \).
C. \(4\alpha \) và \(7\beta \).
D. \(7\alpha \) và \(2\beta \).
Giải
Ta có dãy phóng xạ \({}_{92}^{235}X\buildrel {\alpha ,\beta } \over \longrightarrow {}_{82}^{207}Y\)
* Xét phóng xạ \(\alpha :{}_Z^AA \to {}_{Z - 2}^{A - 4}B + {}_2^4He\)
\( \Rightarrow \) Hạt nhân con có số khối giảm 4 và số Z giảm 2 so với hạt nhân mẹ.
* Xét phóng xạ \({\beta ^ - }:{}_Z^AA \to {}_{Z + 1}^AB + {}_{ - 1}^0{e^ - }\)
\( \Rightarrow \) Hạt nhân có cùng số khối với hạt nhân mẹ và có số Z tăng thêm 1.
* Xét phóng xạ \({\beta ^ + }:{}_Z^AA \to {}_{Z - 1}^AB + {}_{ + 1}^0{e^ + }\)
\( \Rightarrow \) Hạt nhân con có cùng số khối với hạt nhân mẹ và có số Z giảm đi 1.
Xét 2 trường hợp : ( gọi x là số lần phóng xạ \(\alpha \) và y là số lần phóng xạ \(\beta \))
a) Phóng xạ \(\alpha \) và \({\beta ^ + }\):
Ta giải hệ phương trình :
\(\left\{ \matrix{
235{\rm{ }} - {\rm{ }}4x{\rm{ }} = {\rm{ }}207 \hfill \cr
92{\rm{ }} - {\rm{ }}2x{\rm{ }} - {\rm{ }}y{\rm{ }} = {\rm{ }}82 \hfill \cr} \right.\)
\( \Rightarrow \) x = 7 và y = -7 < 0 (loại)
b) Phóng xạ \(\alpha \) và \({\beta ^ - }\):
Ta giải hệ phương trình : \(\left\{ \matrix{
235{\rm{ }} - {\rm{ }}4x{\rm{ }} = {\rm{ }}207 \hfill \cr
92{\rm{ }} - {\rm{ }}2x{\rm{ }} + {\rm{ }}y{\rm{ }} = {\rm{ }}82 \hfill \cr} \right.\)
\( \Rightarrow \) x = 7 và y = 4
Chọn đáp án B.




Câu 3 trang 278 SGK Vật Lý 12 Nâng cao.. Xác định hạt X trong các phản ứng sau đây ;
\({}_9^{19}F + p \to {}_8^{16}O + X;\) \({}_{12}^{25}Mg + X \to {}_{11}^{22}Na + \alpha \)
Giải
\({}_9^{19}F + {}_1^1p \to {}_8^{16}O + {}_2^4X \Rightarrow \) X là \({}_2^4He\)
\({}_{12}^{25}Mg + {}_1^1X \to {}_{11}^{22}Na + {}_2^4\alpha \Rightarrow \) X là prôtôn \({}_1^1H\)




Câu 4 trang 278 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Cho phản ứng hạt nhân : \({}_{17}^{37}Cl + X \to {}_{18}^{37}Ar + n\)
a) Xác định số khối, nguyên tử số và tên gọi hạt nhân của X.
b) Phản ứng đó toả ra hay thu năng lương. Tính độ lớn của năng lượng toả ra hay thu đó theo đơn vị jun.
Cho biết:
\(\eqalign{
& {m_{Ar}} = 36,956889u;\,\,\,\,\,\,\,\,{m_{Cl}} = 36,956563u \cr
& {m_n} = 1,008665u;\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{m_p} = 1,007276u \cr} \)
Giải
Xét phản ứng hạt nhân : \({}_{17}^{37}Cl + {}_1^1X \to {}_{18}^{37}Ar + {}_0^1n\)
a) Hạt nhân X là prôtôn.
b) Ta có
m0 = mCl + mp = 36,956563u + 1,007276u = 37,963839u
m = mAr + mn = 36,956889u + 1,008665u = 37,965554u
So sánh \( \Rightarrow \) m0 < m : phản ứng thu năng lượng
Năng lượng thu vào :
\(E{\rm{ }} = {\rm{ }}\left( {{\rm{ }}m{\rm{ }} - {\rm{ }}{m_0}} \right){\rm{ }}{c^2} = {\rm{ }}1,715.{\rm{ }}{10^{ - 3}}.931,5{\rm{ }} = {\rm{ }}1,6{\rm{ }}MeV{\rm{ }} = {\rm{ }}2,56.{\rm{ }}{10^{ - 13}}{\rm{ }}\left( J \right).\)