Tiêu đề Chủ đề 3. Phản ứng hạt nhân.doc ✅

CHỦ ĐỀ 3. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN MỤC LỤC A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1 1. Định nghĩa và đặc tính: 1 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân: 2 3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân: 2 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 2 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA, THU 2 1. Năng lượng phản ứng hạt nhân 2 2. Năng lượng hạt nhân 4 3. Phôtôn tham gia phản ứng 5 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP DẠNG 1 5 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN KÍCH THÍCH 7 1. Tổng động năng của các hạt sau phản ứng 8 2. Tỉ số động năng 9 3. Quan hệ véc tơ vận tốc 10 4. Phương chuyển động của các hạt 12 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP DẠNG 2 17 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1. Định nghĩa và đặc tính: - Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn tới sự biến đổi sự biến đổi của hạt nhân. 1234 12341234 AAAA ZZZZXXXX hay 1234 1234 AAAA ZZZZABCD - Có hai loại phản ứng hạt nhân: + Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác. Ví dụ: quá trình phóng xạ. + Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch. Chú ý: Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân: 11 11pH ; 1 0n ; 4 2He ; 0 1e  ; 0 1e  2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân: a. Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A): 1234AAAA b. Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): 1234ZZZZ c. Định luật bảo toàn động lượng: 1234tPPspppp →→→→→→ d. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: WWtrs Chú ý:
- Năng lượng toàn phần của hạt nhân: gồm năng lượng nghỉ và năng lượng thông thường (động năng): 2 0WEKmc Động năng: 200WKEmmc - Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần có thể viết: Wđ 1 + Wđ 2 + m 1 .c 2 + m 2 .c 2 = Wđ 3 + Wđ 4 + m 3 .c 2 + m 4 .c 2 => (m 1 + m 2 - m 3 - m 4) c 2 = Wđ 3 + Wđ 4 - Wđ 1 - Wđ 2 = Q tỏa /thu - Liên hệ giữa động lượng và động năng 2 22dPmWmK hay 2 2d P KW m 3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân: + Khối lượng trước và sau phản ứng: m tr = m 1 +m 2 và m s = m 3 + m 4 + Năng lượng W: - Trong trường hợp ();()mkgWJ : 22 ()()WW strtrsstrlklkstrWmmcmmcKK (J) - Trong trường hợp ();()muWMeV : 00()931,5()931,5WW strlklkstrWmmmmKK (MeV) Nếu m tr > m s : 0W : phản ứng tỏa năng lượng; Nếu m tr < m s : 0W : phản ứng thu năng lượng. B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 1. Bài toán liên quan đến năng lượng phản ứng hạt nhân tỏa, thu. 2. Bài toán liên quan đến phản ứng hạt nhân kích thích. Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA, THU Phản ứng hạt nhân: A + B  C + D Xác định tên của các hạt nhân bằng cách dựa vào hai định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số khối: Z A + Z B = Z C + Z D ; A A + A B = A C + A D . 1. Năng lượng phản ứng hạt nhân Năng lượng của phản ứng hạt nhân có thể được tính theo một trong ba cách sau: Cách 1: Khi cho biết khối lượng của các hạt nhân trước và sau phản ứng: 22truocsauEmcmc Cách 2: Khi cho biết động năng của các hạt trước và sau phản ứng: sautruocEWW Cách 3: Khi cho biết độ hụt khối của các hạt trước và sau phản ứng: 22sautruocEmcmc Cách 4: Khi cho biết năng lượng liên kêt hoặc năng lượng liên kêt riêng của các hạt nhân trước và sau phản ứng: LKsauLKtruocEWW + Nếu ΔE > 0 thì toả nhiệt, ΔE < 0 thì thu nhiệt. Ví dụ 1: (THPTQG − 2017) Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng là 37,9638 u và tổng khối lượng nghỉ các hạt sau phản ứng là 37,9656 u. Lấy 1u = 931,5 MeV/c 2 . Phản ứng này A. tỏa năng lượng 16,8 MeV. B. thu năng lượng 1,68 MeV. C. thu năng lượng 16,8 MeV. D. tỏa năng lượng 1,68 MeV. Hướng dẫn * Tính 22truocsauEmmc37,963837,9656uc1,68MeV  Chọn B. Ví dụ 2: Dùng prôtôn bắn vào hạt nhân 73Li thì thu được hai hạt nhân giống nhau X. Biết m p = l,0073u, m u = 7,014u, m x = 4,0015u, lu.c 2 = 931,5 MeV. Phản ứng này thu hay toả bao nhiêu năng lượng ? A. Phản ứng toả năng lượng, năng lượng toả ra là 12 MeV. B. Phản ứng thu năng lượng, năng lượng cần cung cấp cho phản ứng là 12 MeV. C. Phản ứng toả năng lượng, năng lượng toả ra là 17 MeV. D. Phản ứng thu năng lượng, năng lượng cần cung cấp cho phản ứng là 17 MeV. Hướng dẫn 2PLiXEmm2mc = (1,0073 + 7,014 −2.4,0015)uc 2 =0,0183.931,5 17MeV0 Chọn C.
Ví dụ 3: (CĐ − 2007) Xét một phản ứng hạt nhân: 3221 1102HHHen . Biết khối lượng của các hạt nhân: m H = 2,0135u; m He = 3,0149u; m n = l,0087u; 1u = 931 MeV/c 2 . Năng lượng phản ứng trên toả ra là A. 7,4990 MeV. B. 2,7390 MeV. C. 1,8820 MeV. D. 3,1654 MeV. Hướng dẫn 2truocsauEmmc 2 931MeV 2.2,01353,01491,0087uc3,1654MeV0  Chọn D. Ví dụ 4: Tính năng lượng cần thiết để tách hạt nhân 168O 1uc 2 = 931,5 MeV. A. 10,34 MeV B. 12,04 MeV C. 10,38 MeV D. 13,2 MeV Hướng dẫn  164 82 22 OHe O4.He Em4mc15,99494.4,0015uc10,34MeV0      Chọn A. Ví dụ 5: Xét phản ứng hạt nhân: D + Li  n + X. Cho động năng của các hạt D, Li, n và X lần lượt là: 4 (MeV); 0; 12 (MeV) và 6 (MeV). Lựa chọn các phương án sau: A. Phản ứng thu năng lượng 14 MeV. B. Phản ứng thu năng lượng 13 MeV. C. Phản ứng toả năng lượng 14 MeV. D. Phản ứng toả năng lượng 13 MeV. Hướng dẫn  sautruocEWW1260414MeV  Chọn C. Ví dụ 6: (ĐH−2009) Cho phản ứng hạt nhân: 432 112TDHeX . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và lu = 931,5 MeV/c 2 . Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng A. 15,017 MeV B. 200,025 MeV C. 17,498 MeV D. 21,076 MeV Hướng dẫn 22sautruocHeTDEmmcm0mmc17,498MeV  Chọn C. Ví dụ 7: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân U234 phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thori Th230. Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV/nuclôn, của U234 là 7,63 MeV/nuclôn, của Th230 là 7,7 MeV/nuclôn. A. 13,98 MeV. B. 10,82 MeV. C. 11,51 MeV. D. 17,24 MeV. Hướng dẫn lklkThThUU tEWsWAAA   7,1.47,7.2307,63.23413,98MeV Chọn A. 2. Năng lượng hạt nhân Nếu phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng thì năng lượng tỏa ra dưới dạng động năng của các hạt sản phẩm và năng lượng phôtôn  . Năng lượng tỏa ra đó thường được gọi là năng lượng hạt nhân. Năng lượng do 1 phản ứng hạt nhân tỏa ra là: 22truocsauEmcmc0 . Năng lượng do N phản ứng là Q = NΔE. Nếu cứ 1 phản ứng có k hạt X thì số phản ứng X XA X m11 NNN kkA Ví dụ 1: (CĐ−2010) Cho phản ứng hạt nhân 4231 1102HHHen17,6MeV . Biết số Avôgađrô 6,02.10 23 /mol, khối lượng mol của He4 là 4 g/mol và 1 MeV = 1,6.10 −13 (J). Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 1 g khí heli xấp xỉ bằng A. 4,24.10 8 J. B. 4,24.10 5 J. C. 5,03.10 11 J. D. 4,24.10 11 J. Hướng dẫn Q = Số phản ứng . ΔE = (Số gam He / Khối lượng mol). ANE  2313111g Q.6,02.10.17,6.1,6.104,24.10J 4g   Chọn D. Ví dụ 2: (ĐH − 2012) Tổng hợp hạt nhân heli 42He từ phản ứng hạt nhân 417 132HLiHeX. Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5 mol heli là A. 1,3.10 24 MeV. B. 2,6.10 24 MeV. C. 5,2.10 24 MeV. D. 2,4.10 24 MeV.
Hướng dẫn Viết đầy đủ phương trình phản ứng hạt nhân ta nhận thấy X cũng là 42He : 4174 1322HLiHeX. Vì vậy, cứ mỗi phản ứng hạt nhân có 2 hạt 42He tạo thành. Do đó, số phản ứng hạt nhân bằng một nửa số hạt 42He : Q= số phản ứng . ΔE = 1 2 Số hạt He. ΔE. 23241Q.0,5.6,023.10.17,32,6.10MeV 2 Chọn B. Bình luận: Khá nhiều học sinh “dính bẫy”, không phát hiện ra hạt X cũng chính là hạt 42He nên đã làm sai như sau: Q = Số phản ứng. ΔE = Số hạt He. ΔE = 5,2.10 24 (Me V) 3. Phôtôn tham gia phản ứng Giả sử hạt nhân A đứng yên hấp thụ phôtôn gây ra phản ứng hạt nhân: ABC Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: 22ABCBCmcmmcWW với hc hf.  Ví dụ 1: Dưới tác dụng của bức xạ gamma, hạt nhân C12 đứng yên tách thành các hạt nhân He4. Tần số của tia gama là 4.10 21 Hz. Các hạt hêli có cùng động năng. Cho m C = 12,000u; m He = 4,0015u, 1 uc 2 = 931 (MeV), h = 6,625.10 −34 (Js). Tính động năng mỗi hạt hêli. A. 5,56.10 −13 J. B. 4,6. 10 −13 J. C. 6,6. 10 −13 J. D. 7,56. 10 −13 J. Hướng dẫn 4 1244 6222CHeHeHe 2213CHehfmc3mc3WW6,6.10J Chọn C Chú ý: Nếu phản ứng thu năng lượng 22truocsauEmcmc0 thì năng lượng tối thiếu của phô tôn cần thiết để phản ứng thực hiện được là minE . Ví dụ 2: Để phản ứng 9140Be2.n có thể xảy ra, lượng tử Y phải có năng lượng tối thiều là bao nhiêu? Cho biết, hạt nhân Be đứng yên, m Be = 9,01218u; m α = 4,0026u; m n = l,0087u; 2uc 2 = 931,5 MeV. A. 2,53 MeV. B. 1,44 MeV. C. 1,75 MeV. D. 1,6 MeV. Hướng dẫn 222BenminEmc2mcmc1,6MeVE1,6MeV Chọn D Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho phản ứng hạt nhân 12462C3He . Biết khối lượng của 126C và 42He lần lượt là 11,9970 u và 4,0015 u; lấy 1u = 931,5 MeV/c 2 . Năng lượng nhỏ nhất của phôtôn ứng với bức xạ  để phản ứng xảy ra có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 6 MeV. B. 7 MeV. C. 9 MeV. D. 8 MeV. Hướng dẫn * Tính 22truocsauEmmc11,9973.4,0015uc7MeV  Năng lượng tối thiểu cần cung cấp là 7 MeV  Chọn B. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP DẠNG 1 Bài 1: Xét phản ứng hạt nhân α 1,0087u; m α = 26,97345u; m p = l,0073u; m n = l,0087u, N A = 6,023.10 23 ,1 uc 2 = 931 MeV. Phản ứng này thu hay tỏa năng lượng bao nhiêu năng lượng? A. Thu 3,5 MeV. B. Thu 3,4 MeV. C. Toả 3,4 MeV. D. Toả 3,5 MeV. Bài 2: Năng lượng nhỏ nhất để tách hạt nhân 2 He 4 thành hai phần giống nhau là bao nhiêu? Cho m He = 4,0015u; m D = 2,0136u; lu.c 2 = 931MeV. A. 23,9 MeV. B. 12,4 MeV. C. 16,5 MeV. D. 3,2 MeV. Bài 3: Xác định năng lượng tối thiếu cần thiết đế chia hạt nhân 6 C 12 thành 3 hạt α. Cho biết: m α = 4,0015u; m C = 11u; 1uc 2 = 931 (MeV); 1 MeV = 1,6.10 13 (J). A. 4,19 (J). B. 6,7.10 -13 (J). C. 4,19.10 -13 (J). D. 6,7.10 -10 (J). Bài 4: Khi bắn phá hạt nhân 3 L16 bằng hạt đơ tri năng lượng 4 (MeV), người ta quan sát thấy có một phản ứng hạt nhân: 3 L 16 + D → α + α tạo thành hai hạt α có cùng động năng 13,2 (MeV). Biết phản ứng không kèm theo bức xạ gama. Lựa chọn các phương án sau: A. Phản ứng thu năng lượng 22,2 MeV. B. Phản ứng thu năng lượng 14,3 MeV. C. Phản ứng tỏa năng lượng 22,4 MeV. D. Phản ứng tỏa năng lượng 14,2 MeV.