Vật lí hạt nhân (tt)

Chuyên đề
Vật lý hạt nhân (tiếp theo)
Nội dung
Nội dung và phương pháp giải
Các ví dụ
Bài tập áp dụng
Nội dung và phương pháp giải
Viết phương trình phản ứng hạt nhân. (Xác định một hạt nhân nào đó khi biết các hạt nhân khác).
Chỉ cần áp dụng định luật bảo toàn số khối (A) và định luật bảo toàn điện tích (bảo toàn nguyên tử số Z).
Tính năng lượng liên kết hay năng lượng liên kết riêng của hạt nhân - So sánh độ bền vững của các hạt nhân
Áp dụng công thức định 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.
Nội dung và phương pháp giải (tt)
Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Áp dụng công thức: Q = (M0 – M)c2
Nếu Q > 0: phản ứng tỏa năng lượng.
Q < 0: phản ứng thu năng lượng.
(Trong đó M0: tổng khối lượng các hạt nhân tham gia phản ứng
M: tổng khối lượng các hạt nhân thu được sau phản ứng)
Xác định động năng, vận tốc hoặc hướng bay của các hạt nhân (khi bắn hạt nhân bằng hạt nhân khác).
Phương pháp chung:
Căn cứ vào định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn năng lượng để lập hệ phương trình. Giải hệ phương trình để rút ra đại lượng cần tìm.
Các ví dụ - Ví dụ 1




Giải

Áp dụng định luật bảo toàn nuclôn: 1 + 19 = 16 + A  A = 4
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 1 + 9 = 8 + Z  Z = 2
Vậy hạt nhân chính là (hạt nhân hêli)
Chọn đáp án B
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/c2. 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
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/c2. 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 đó * là khối lượng hạt nhân đơteri:
mD: khối lượng nguyên tử đơteri
me: khối lượng electron
mHe: khối lượng nguyên tử hêli
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 4
Dùng hạt  bắn phá hạt nhân (đứng yên) ta có phản ứng:
Biết khối lượng các hạt nhân là: m = 4,0015u; mAl = 26,974u; mP =29,970u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2; Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra. Động năng tối thiểu của hạt  để phản ứng xảy ra là:
A. 2 MeV B. 3 MeV C. 4 MeV D. 5 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 5
Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân đứng yên để gây ra phản ứng: . Biết động năng của proton và  lần lượt là 5,45 MeV; 3,575 MeV và 4,0 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng.
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 định được năng lượng của phản ứng vì không cho khối lượng các hạt nhân.
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6
Hạt nhân đứng yên phân rã theo phương trình:
Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên là 14,15 MeV. Động năng của hạt  là (lấy xấp xỉ khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối của chúng).
A. 13,72 MeV B. 12,91 MeV C. 13,91 MeV D. 12,79 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6 (tt)
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7
Hạt proton có động năng K1= 5,48 MeV được bắn vào hạt nhân đứng yên thì thấy tạo thành hạt nhân và một hạt X bay ra, với động năng bằng K2 = 4 MeV, theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của hạt proton tới. Tính vận tốc chuyển động của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn 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
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (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)c2
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 động lượng (P) và động năng (K) của một hạt có hệ thức:
P2 = 2mK; với m: khối lượng của hạt đó.
3) Phải viết định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véctơ

(Lưu ý: hạt nhân đứng yên có động lượng bằng 0)
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:

Trong đó 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
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:

Trong đó 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
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:

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:

Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri 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
Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri 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
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã  thành hạt nhân chì. Động năng của hạt  bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã  thành hạt nhân chì. Động năng của hạt  bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt  sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn 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
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt  sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn 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
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:

Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt  là m = 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
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:

Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt  là m = 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
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.