Chuyên đề Vật lý hạt nhân (phần 2)

Vật lý hạt nhân (tt) Chuyên ñề Vật lý hạt nhân (tiếp theo) Ebook ðược Download tại: hoặc Vật lý hạt nhân (tt) Nội dung
Nội dung và phương pháp giải
Các ví dụ
Bài tập áp dụng Vật lý hạt nhân (tt) Nội dung và phương pháp giải 1. Viết phương trình phản ứng hạt nhân. (Xác ñịnh một hạt nhân nào ñó khi biết các hạt nhân khác). • Chỉ cần áp dụng ñịnh luật bảo toàn số khối (A) và ñịnh luật bảo toàn ñiện tích (bảo toàn nguyên tử số Z). 2. Tính năng lượng liên kết hay năng lượng liên kết riêng của hạt nhân - So sánh ñộ bền vững của các hạt nhân • Áp dụng công thức ñịnh nghĩa năng lượng liên kết: ∆E = ∆mc2 với ∆m = Zmp + (A – Z)mn – m • Lưu ý: - Năng lượng liên kết riêng với A là số nuclon của hạt nhân. - Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền hơn.
21u 931MeV/c E A ∆ Vật lý hạt nhân (tt) Nội dung và phương pháp giải (tt) 3. Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân: • Áp dụng công thức: Q = (M0 – M)c 2 • Nếu Q > 0: phản ứng tỏa năng lượng. Q < 0: phản ứng thu năng lượng. (Trong ñó M0: tổng khối lượng các hạt nhân tham gia phản ứng M: tổng khối lượng các hạt nhân thu ñược sau phản ứng) 4. Xác ñịnh ñộng năng, vận tốc hoặc hướng bay của các hạt nhân (khi bắn hạt nhân bằng hạt nhân khác). • Phương pháp chung: - Căn cứ vào ñịnh luật bảo toàn ñộng lượng, ñịnh luật bảo toàn năng lượng ñể lập hệ phương trình. Giải hệ phương trình ñể rút ra ñại lượng cần tìm. Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ - Ví dụ 1 Giải Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nuclôn: 1 + 19 = 16 + A ⇒ A = 4 Áp dụng ñịnh luật bảo toàn ñiện tích: 1 + 9 = 8 + Z ⇒ Z = 2 Vậy hạt nhân chính là (hạt nhân hêli) Chọn ñáp án B ( ) + → + α 1 19 19 16 1 9 9 8 7 3 10 4 B n proton P v o h t nh n F t o ra ph n ng: P F O x H t nh n x l : A. L B. C. N tron D. Be ¾ µ ¹ © ¹ ¶ ø ¹ © µ ¬ 1 19 16 A 1 9 8 ZTa có: P F O X+ → + A ZX 4 2α Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 2 Cho khối lượng proton và nơtron lần lượt là: mp = 1,007276u; khối lượng nơtron là mn = 1,008665u và 1u = 931,5MeV/c 2. Hạt nhân có khối lượng m = 19,98950u có lăng lượng liên kết riêng là: A. 7,6662 MeV/nuclon B. 9,6662 MeV/nuclon C. 8,0323 MeV/nuclon D. 7,0738 MeV/nuclon Giải 20 10Ne [ ]  − −  − − ∆ = = ⇒ 2 p n Áp d ng công th c: E = Zm + (A Z)m m c = 10 x 1,007276 + (20 10) . 1, 008665 19,986950 931,5 = 160,6465 MeV E 160,6465 V y: 8,0323 MeV /nuclon Ch n C A 20 ô ø Ë ä Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 3 Xét phản ứng hạt nhân: Biết khối lượng các nguyên tử tương ứng mD = 2,0141u; mHe = 3,0160u và khối lượng nơtron mn = 1,0087u. Cho 1u = 931,5 MeV/c 2. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng: A. 4,19 MeV B. 3,07 MeV C. 3,26 MeV D. 5,43 MeV Giải Trong ñó * là khối lượng hạt nhân ñơteri: 2 2 3 1 1 2D D He n+ → + ( ) ( )2 31 2 2 2 0 nD He Q (M M)c 2m m m c = − = − −   2 1D m [ ] − −    = −  = − − = − − = ⇒ 2 1 3 2 D eD He eHe 2 D He n m m m * m m 2m R t ra Q 2m m m c (2 x 2,0141 3,0160 1,0087).931,5 3,26MeV Ch n C ó ä mD: khối lượng nguyên tử ñơteri me: khối lượng electron mHe: khối lượng nguyên tử hêli Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 4 Dùng hạt α bắn phá hạt nhân (ñứng yên) ta có phản ứng: Biết khối lượng các hạt nhân là: mα = 4,0015u; mAl = 26,974u;mP =29,970u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c 2; Bỏ qua ñộng năng của các hạt sinh ra. ðộng năng tối thiểu của hạt α ñể phản ứng xảy ra là: A. 2 MeV B. 3 MeV C. 4 MeV D. 5 MeV Giải 27 13Al + α → +27 30 113 15 0Al P n. α α α α = − = + − − = + − − − + ≥ ⇒ ≥ − ⇒ ≥ ⇒
2 2 0 Al P n 2 2 0 Q (M M)c (m m m m )c (26,974 4,0015 29,970 1,0087).931 3,0 (MeV) Ph n ng thu n ng l ng. ph n ng x y ra : K M c Mc K Q K 3,0(MeV) Ch n B ¶ ø ¨ −î §Ó ¶ ø ¶ ä Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 5 Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân ñứng yên ñể gây ra phản ứng: . Biết ñộng năng của proton và α lần lượt là 5,45 MeV; 3,575 MeV và 4,0 MeV. Phát biểu nào sau ñây ñúng. A. Phản ứng trên thu năng lượng là 2,125 MeV. B. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 3,26 MeV. C. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 2,125 MeV. D. Không xác ñịnh ñược năng lượng của phản ứng vì không cho khối lượng các hạt nhân. Giải 9 4Be 6 3Li 9 6 4 3P Be Li+ → + α α α + = + + ⇒ = − = + − = + − = > ⇒ 2 2 P 0 Li 2 0 Li P Áp d ng nh lu t b o to n n ng l ng: K M c Mc K K Q (M M)c K K K 3,575 4 5,45 2,125 (MeV) Q 0 : ph n ng t a n ng l ng 2,125 (MeV) ch n C ô ®Þ Ë ¶ µ ¨ −î ¶ ø á ¨ −î ä Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6 Hạt nhân ñứng yên phân rã theo phương trình: Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên là 14,15 MeV. ðộng năng của hạt α là (lấy xấp xỉ khối lượng các hạt nhân theo ñơn vị u bằng số khối của chúng). A. 13,72 MeV B. 12,91 MeV C. 13,91 MeV D. 12,79 MeV Giải 234 92U 234 A 92 ZU X→ α + α α α α α α α α → α + + = ⇒ = = ⇒ = = = uur uur 234 4 230 92 2 90 x 2 2 x x x x x Ph ng tr nh ph n ng: U X Áp d ng nh lu t b o to n ng l ng : P P 0 (do urani ban u ng y n) P P m K 4K 2K 2m K 2m K K m 230 115 −¬ × ¶ ø ô ®Þ Ë ¶ µ ®é −î ®Ç ®ø ª Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6 (tt) α α α α + = − = ⇒ + = = ≈ 2 x 0 Áp d ng nh lu t b o to n n ng l ng : K K (M M)c Q 2K K 14,15 115 115x14,15 V y K 13,91 (MeV) 117 Ch n p n C ô ®Þ Ë ¶ µ ¨ −î Ë ä ®¸ ¸ Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 Hạt proton có ñộng năng K1= 5,48 MeV ñược bắn vào hạt nhân ñứng yên thì thấy tạo thành hạt nhân và một hạt X bay ra, với ñộng năng bằng K2 = 4 MeV, theo hướng vuông góc với hướng chuyển ñộng của hạt proton tới. Tính vận tốc chuyển ñộng của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo ñơn vị u gần bằng số khối). Cho 1u = 931 MeV/c2. A. 10,7.106 m/s B. 1,07.106 m/s C. 8,24.106 m/s D. 0,824.106 m/s 9 4Be 6 3Li Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt) + → + = + ⊥ ⇒ = + = + + + ⇒ = = = = ⇒ = uur uur uur uur uur 1 9 6 4 1 4 3 2 1 x Li x 1 2 2 2 Li x l Li Li x 2 P 1 x 2 P 1 Li Li 2 Li Li Ph ng tr nh ph n ng: P Be Li X Áp d ng nh lu t b o to n ng l ng: P P P m P P P P P 2m K 2m K 2m K m K m K 4x4 5,48 K 3,58 (MeV) m 6 m v M t kh c : K 2 2K v −¬ × ¶ ø ô ®Þ Ë ¶ µ ®é −î µ Æ ¸ = = = = = ⇒ Li Li 2 8 6 2x3,58 (MeV) m 6 (u) 2x3,58xc 2x3,58 2x3,58 c 3.10 10,7.10 (m / s) Ch n A 6x931 6x931 6x931 ä ur xP ur 1P ur LiP Vật lý hạt nhân (tt) Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt) Chú ý: 1) Xét phản ứng: A + B → C + D Ngoài cách tính năng lượng phản ứng hạt nhân theo công thức cơ bản: Q = (M0 – M)c 2 Còn có thể tính năng lượng theo các công thức sau: Q = [∆mC + ∆mD – (∆mA + ∆mB)] Hoặc: Q = Wlk(C) + Wlk(D) – (WlkA + WlkB) Hoặc: Q = KC + KD – (KA + KB) 2) Giữa ñộng lượng (P) và ñộng năng (K) của một hạt có hệ thức: P2 = 2mK; với m: khối lượng của hạt ñó. 3) Phải viết ñịnh luật bảo toàn ñộng lượng dưới dạng véctơ (Lưu ý: hạt nhân ñứng yên có ñộng lượng bằng 0) A B C DP P P P+ = + uur uur uur uur Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng - Bài 1 hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn ñến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau: Trong ñó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng: A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6 C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4 235 92U 235 143 90 92 60 40U n Nd Zn xn y y − −+ → + + + β + γ Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng - Bài 1 hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn ñến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau: Trong ñó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng: A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6 C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4 235 92U 235 143 90 92 60 40U n Nd Zn xn y y − −+ → + + + β + γ Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng - Bài 2 Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là: 2 2 56 235 1 2 26 92H; He; Fe và U 2 3 56 235 1 2 26 92A. H B. He C. Fe D. U Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng - Bài 2 Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là: 2 2 56 235 1 2 26 92H; He; Fe và U 56 2 2 3 235 1 2 926C. FeA. H B. He D. U Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 3 Năng lượng liên kết của hạt nhân ñơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân ñơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là: A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV 4 2He 4 2He Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 3 Năng lượng liên kết của hạt nhân ñơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân ñơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là: A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV 4 2He 4 2He Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 4 Hạt nhân ñứng yên, phân rã α thành hạt nhân chì. ðộng năng của hạt α bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã? A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4% 210 84 0P Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 4 Hạt nhân ñứng yên, phân rã α thành hạt nhân chì. ðộng năng của hạt α bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã? A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4% 210 84 0P Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 5 Rañi là chất phóng xạ α. Giả sử ban ñầu hạt nhân rañi ñứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính ñộng năng của hạt α sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo ñơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng). A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV 226 88 aR Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 5 Rañi là chất phóng xạ α. Giả sử ban ñầu hạt nhân rañi ñứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính ñộng năng của hạt α sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo ñơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng). A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV 226 88 aR Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 6 Hạt nhân triti và ñơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình: ðộ hụt khối của triti là: ∆mT = 0,0087u; của ñơteri là ∆mD = 0,0024u; của hạt α là ∆mα = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là: A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV 2 3 4 1 1 2D T n+ → α + Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 6 Hạt nhân triti và ñơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình: ðộ hụt khối của triti là: ∆mT = 0,0087u; của ñơteri là ∆mD = 0,0024u; của hạt α là ∆mα = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là: A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV 2 3 4 1 1 2D T n+ → α + Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 7 Cho proton có ñộng năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân ñang ñứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng ñộng năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau ñây ñúng? A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và ñộng năng của mỗi hạt là 8,61 MeV. B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và ñộng năng mỗi hạt là 8,61 MeV. C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có ñộng năng mỗi hạt là 7,88 MeV. D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và ñộng năng của mỗi hạt là 9,34 MeV. 7 3Li 4 2α 6 3Li 4 2α Vật lý hạt nhân (tt) Bài tập áp dụng – Bài 7 Cho proton có ñộng năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân ñang ñứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng ñộng năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau ñây ñúng? A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và ñộng năng của mỗi hạt là 8,61 MeV. B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và ñộng năng mỗi hạt là 8,61 MeV. C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có ñộng năng mỗi hạt là 7,88 MeV. D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và ñộng năng của mỗi hạt là 9,34 MeV. 7 3Li 4 2α 6 3Li α42