Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 1 VẬT LÝ HẠT NHÂN A. LÝ THUYẾT 1. CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn + Hạt nhân được cấu tạo từ ø các nuclôn. Có hai loại nuclôn: prôton, kí hiệu p, khối lượng m p = 1,67262.10 -27 kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e, và nơtron kí hiệu n, khối lượng m n = 1,67493.10 -27 kg, không mang điện. Prôtôn chính là hạt nhân nguyên tử hiđrô. + Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn; Z được gọi là nguyên tử số. Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Như vậy số nơtron trong hạt nhân là: N = A – Z. + Kí hiệu hạt nhân: X A Z . Nhiều khi, để cho gọn, ta chỉ cần ghi số khối, vì kí hiệu hóa học đã xác định Z rồi. + Kích thước hạt nhân: nếu coi hạt nhân như một quả cầu bán kính R thì R phụ thuộc vào số khối theo công thức gần đúng: R = 1,2.10 -15 A 3 1 m. * Đồng vị Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn), nhưng có số nơtron N khác nhau. Các đồng vị còn được chia làm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Trong thiên nhiên có khoảng gần 300 đồng vị bền; ngoài ra người ta còn tìm thấy vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. * Đơn vị khối lượng nguyên tử Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u. Một đơn vị u có giá trị bằng 12 1 khối lượng của đồng vị cacbon 12 6 C. 1u = 1,66055.10 -27 kg. Khối lượng của một nuclôn xấp xĩ bằng u. Nói chung một nguyên tử có số khối A thì có khối lượng xấp xĩ bằng A.u. * Khối lượng và năng lượng Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = mc 2 . Từ hệ thức Anhxtanh suy ra m = 2 c E chứng tỏ khối lượng có thể đo bằng đơn vị của năng lượng chia cho c 2 , cụ thể là eV/c 2 hay MeV/c 2 . Trong đó 1u = 931,5 Mev/c 2 . * Lực hạt nhân Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn lại với nhau. Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn. So với lực điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) và chỉ tác dụng khi hai nuclôn cách nhau một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân (khoảng 10 -15 m). * Độ hụt khối và năng lượng liên kết + Độ hụt khối của một hạt nhân là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân và khối lượng hạt nhân đó: ∆m = Zm p + (A – Z)m n – m hn + Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng toả ra khi các nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân và đó cũng chính là năng lượng cần cung cấp để phá vở hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ : W lk = ∆m.c 2 . + Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn ( A W lk ) gọi là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân, đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. 2. PHÓNG XẠ * Hiện tượng phóng xạ Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, … Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ là hạt nhân mẹ và hạt nhân phân rã là hạt nhân con. * Các tia phóng xạ : + Tia α : là chùm hạt nhân hêli 4 2 He, gọi là hạt α, được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10 7 m/s. Tia α làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh. Vì vậy tia α chỉ đi được tối đa 8cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1mm. LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 2 + Tia β : là các hạt phóng xạ phóng ra với vận tốc rất lớn, có thể đạt xấp xĩ bằng vận tốc ánh sáng. Tia β cũng làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia α. Vì vậy tia β có thể đi được quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày cỡ vài mm. Có hai loại tia β: - Loại phổ biến là tia β - . Đó chính là các electron (kí hiệu 0 1− e). - Loại hiếm hơn là tia β + . Đó chính là pôzitron, hay electron dương (kí hiệu 0 1+ e, có cùng khối lượng như electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương. + Tia γ : là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10 -11 m), cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy tia γ có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β. Trong phân rã α và β, hạt nhân con có thể ở trong trạng thái kích thích và phóng xạ ra tia γ để trở về trạng thái cơ bản. * Định luật phóng xạ : Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm. Các công thức biểu thị định luật phóng xạ: N(t) = N o T t− 2 = N o e - λ t và m(t) = m o T t− 2 = m o e - λ t . Với λ = TT 693,02ln = gọi là hằng số phóng xạ; T gọi là chu kì bán rã. * Độ phóng xạ : Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ tại thời điểm t đặc trưng cho tốc độ phân rã của chất phóng xạ vào thời điểm đó. H = λN = λN o e - λ t = H o e - λ t = H o T t− 2 Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ giảm theo thời gian theo cùng quy luật hàm mũ giống như số hạt nhân (số nguyên tử) của nó. Đơn vị độ phóng xạ là beccơren (Bq): 1Bq = 1phân rã/giây. Trong thực tế người ta còn dùng một đơn vị khác là curi (Ci): 1Ci = 3,7.10 10 Bq; xấp xĩ bằng độ phóng xạ của một gam rađi. * Đồng vị phóng xạ Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong thiên nhiên, gọi là đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta cũng chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo thường thấy thuộc loại phân rã β và γ. Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. Ứng dụng: Đồng vị 60 27 Co phóng xạ tia γ dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ nông sản, chữa ung thư. Các đồng vị phóng xạ 1+A Z X được gọi là nguyên tử đánh dấy, cho phép ta khảo sát sự tồn tại, sự phân bố, sự vận chuyển của nguyên tố X. Phương pháp nguyên tử đáng dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong sinh học, hóa học, y học, . Đồng vị cacbon 14 6 C phóng xạ tia β - có chu kỳ bán rã 5730 năm được dùng để định tuổi các vật cổ. 3. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. + Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác. - Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B → C + D Trong trường hợp phóng xạ: A → B + C * Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân + Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ): Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm. * Năng lượng trong phản ứng hạt nhân LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 3 Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. Gọi m o = m A + m B và m = m C + m D . Ta thấy m 0 ≠ m. + Khi m 0 > m: Phản ứng tỏa ra một năng lượng: W = (m 0 – m)c 2 . Năng lượng tỏa ra này thường gọi là năng lượng hạt nhân. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. + Khi m 0 < m: Phản ứng không thể tự nó xảy ra. Muốn cho phản có thể xảy ra thì phải cung cấp cho các hạt A và B môït năng lượng W dưới dạng động năng. Vì các hạt sinh ra có động năng W đ nên năng lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m 0 )c 2 + W đ . Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra kém bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. * Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng + Hai hạt nhân rất nhẹ (có số khối A < 10) như hiđrô, hêli, … kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Vì sự tổng hợp hạt nhân chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch. + Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mãnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ). Phản ứng này gọi là phản ứng phân hạch. 4. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH * Sự phân hạch Dùng nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) có năng lượng cở 0,01eV bắn vào 235 U ta có phản ứng phân hạch: 1 0 n + 135 92 U → 1 1 A Z X 1 + 2 2 A Z X 2 + k 1 0 n Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều có hơn hai nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân. * Phản ứng phân hạch dây chuyền + Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền. + Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: Muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron) - Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra. - Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được. - Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được. Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m th . Với 235 U thì m th vào cỡ 15kg; với 239 U thì m th vào cỡ 5kg. * Lò phản ứng hạt nhân. Nhà máy điện hạt nhân Phản ứng hạt nhân dây chuyền tự duy trì, có điều khiển, được thực hiện trong thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân. Trong phần lớn các lò phản ứng nhiên liệu phân hạch là 235 U hay 238 Pu. Để đảm bảo cho k = 1, trong các lò phản ứng người ta dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron. Bộ phân chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt sơ cấp, sau khi chạy qua vùng tâm lò, sẽ chảy qua bộ trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi. Hơi nước làm chạy tua bin phát điện giống như trong các nhà máy điện thông thường. * Phản ứng nhiệt hạch Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn thì có năng lượng tỏa ra. Ví dụ: 2 1 H + 2 1 H → 3 2 He + 1 0 n + 4MeV. Phản ứng kết hợp hạt nhân chỉ xảy ra ở nhiệt đôï rất cao nên mới gọi là phản ứng nhiệt hạch. * Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ Phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao là nguồn gốc năng lượng của chúng. * Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất Trên Trái Đất, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được. Đó là sự nổ của bom nhiệt hạch hay bom H (còn gọi là bom hiđrô hay bom khinh khí). Vì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch rất nhiều, và vì nhiên liệu nhiệt hạch có thể coi là vô tận trong thiên nhiên, nên một vấn đề quan trọng đặt ra là: làm thế nào để thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được, để đảm bảo cung câó năng lượng lâu dài cho nhân loại. B. Công thức và cách giải bài tập : LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 4 1) Cấu tạo: :X Z A Z: nguyên tử số (số prôtôn) ; A: số khối (số elechtrôn) ; N: số nơtrôn (N = A – Z) 2) Tìm khối lượng, số hạt sau thời gian : Công thức hệ quả của định luật phóng xạ: t T t eNeNN . 2ln 00 − − == λ ; t T t ememm . 2ln 00 − − == λ ; ; 692,0 T = λ t = k.T ; T t k = N 0 : số hạt nhân ban đầu ; N : số hạt nhân sau thời gian t m 0 : khối lượng ban đầu ; m : khối lượng sau thời gian t. T : chu kỳ bán rã (thời gian ½ số hạt nhân rã) TT 693,02ln == λ : hằng số phóng xạ ; k N N 2 0 = và k m m 2 0 = Công thức liên hệ : A Nm N A . 0 0 = (N A = 6,022.10 23 hạt: số Avôgadrô) Lấy k = T t Nếu ra số nguyên sử dụng công thức k m m 2 0 = hoặc k N N 2 0 = Nếu ra số lẻ sử dụng công thức t emm λ − = 0 hoặc t eNN λ − = 0 3) Cách tính thời gian t: Lập tỉ số A H H N N m m e ooo t ==== − λ . Lấy ln 2 vế rồi suy ra t ( ) te t λ λ −= − ln 4) Tìm năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng: Tìm : np mNmZm 0 += sau đó tính độ hụt khối e X nphn mZmmNmZmmm A Z 0 +−+=−=∆ => W lk = 2 .cm∆ Năng lượng liên kết riêng ( tính cho một nuclôn) lkr W = A W lk ( hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền vững hơn ) Lưu ý : đơn vị m ∆ nên đổi ra 2 c MeV khi tính năng lượng theo hệ thức của Anh- xtanh 5. Phản ứng hật nhân và các định luật bảo toàn: • phản ứng tổng quát: • Các định luật bảo toàn: - Bảo toàn số khối: A 1 +A 2 =A 3 +A 4 . -Bảo toàn điện tích: Z 1 +Z 2 =Z 3 +Z 4 . -Bảo toàn động lượng: '' YXYX PPPP +=+ . - Bảo toàn năng lượng toàn phần: (m X +m Y )c 2 +1/2m X v X 2 +1/2m Y v 2 Y =(m X' +m Y' )c 2 +1/2m X 'v' X 2 + 1/2m' Y v' Y 2 • Phóng xạ α : YHeX 4A 2Z 2 4 A Z − − +→ .( hạt nhân con lùi 2 ô so với hạt nhân mẹ ) • Phóng xạβ - :. YeX A 1Z 0 1 A Z + − − +→ . ( hạt nhân con tiến 1 ô so với hạt nhân mẹ ) • Phóng xạ β + YeX A 1Z 0 1 A Z − + +→ . ( hạt nhân con lùi 1 ô so với hạt nhân mẹ ) Nếu M o = m a + m b > M = m c + m d ta có phản ứng hạt nhân toả năng lượng, nếu M o < M ta có phản ứng hạt nhân thu năng lượng. Năng lượng toả ra hoặc thu vào: E = |M o – M|.c 2 . Trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khối lượng. C. BÀI TẬP TỰ LUẬN LUYEN THI DH CD 3 1 2 4 ! 2 3 4 ' ' A A A A Z Z Z Z X Y X Y + → + Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 5 1. Tính năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân 4 2 He và 23 11 Na . Hạt nhân nào bền vững hơn ? Cho biết khối lượng của prôton và nơtron là m p = 1,007276u và m n = 1,008665u; 1u = 931,5MeV/c 2 , m He = 4,0015u. và số avôgađrô là N A = 6,022.10 23 mol -1 , m Na = 22,983734u. Tính năng lượng tỏa ra khi tao thành 1g hêli 2. Pôlôni Po 210 84 là nguyên tố phóng xạ α, có chu kì bán rã 138 ngày, nó phóng ra 1 hạt α và biến đổi thành hạt nhân con X. a) Viết phương trình phản ứng. Nêu cấu tạo, tên gọi của hạt nhân X. b) Một mẫu pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu 0,01g.Tính - Số nguyên tử pôlôni ban đầu. - Số nguyên tử pôlôni còn lại sau thòi gian 552 ngày, khối lượng X tạo thành. - Tính độ phóng xạ của mẫu chất trên sau 552 ngày. 3. Hạt nhân C 14 6 là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia β - có chu kì bán rã là 5730 năm. a) Viết phương trình của phản ứng phân rã. b) Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu của mẫu đó. c) Trong cây cối có chất phóng xạ C 14 6 . Độ phóng xạ của một mẫu gỗ tươi và một mẫu gỗ cổ đại cùng khối lượng lần lượt là 0,25Bq và 0,215Bq. Tính tuổi của mẫu gổ cổ đại. 4. Phản ứng phân rã của urani có dạng: U 238 92 → Pb 206 82 + xα + yβ - . a) Tính x và y. b) Chu kì bán rã của U 238 92 là 4,5.10 9 năm. Lúc đầu có 1g U 238 92 nguyên chất. Tính độ phóng xạ ban đầu, độ phóng xạ sau 9.10 9 năm và số nguyên tử U 238 92 bị phân rã sau 5.10 9 năm. 5. Coban ( Co 60 27 ) phóng xạ β - với chu kỳ bán rã 5,27 năm và biến đổi thành niken (Ni). Viết phương trình phân rã và nêu cấu tạo của hạt nhân con. Hỏi sau bao lâu thì 75% khối lượng của một khối chất phóng xạ Co 60 27 phân rã hết. 6. Phốt pho ( P 32 15 ) phóng xạ β - với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày và biến đổi thành lưu huỳnh (S). Viết phương trình của sự phóng xạ đó và nêu cấu tạo của hạt nhân lưu huỳnh. Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng của một khối chất phóng xạ P 32 15 còn lại là 2,5g. Tính khối lượng ban đầu của nó. 7. Tìm năng lượng toả ra khi một hạt nhân urani 234 U phóng xạ tia α tạo thành đồng vị thori 230 Th. Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là7,10MeV; của 234 U là 7,63MeV; của 230 Th là 7,70MeV. 8. Hạt nhân triti (T) và đơteri (D) tham gia phản ứng nhiệt hạch sinh ra hạt nhân X và hạt nơtron. Viết phương trình phản ứng và tìm năng lượng toả ra từ phản ứng. Cho biết độ hụt khối của hạt nhân triti là ∆m T = 0,0087u, của hạt nhân đơteri là ∆m D = 0,0024u, của hạt nhân X là ∆m X = 0,0305u, 1u = 931,5 MeV/c 2 9. Cho phản ứng hạt nhân 37 17 Cl + X → n + 37 18 Ar. Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết khối lượng của các hạt nhân: m Ar = 36,956889u; m Cl = 36,956563u; m p = 1,007276u; m n = 1,008665u; u = 1,6605.10 -27 kg; vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.10 8 m/s. 10. Hạt nhân 226 88 Ra có chu kì bán rã 1570 năm phân rã thành 1 hạt α và biến đổi thành hạt nhân X. a) Viết phương trình phản ứng. b) Tính số hạt nhân X được tạo thành trong năm thứ 786. Biết lúc đầu có 2,26g radi. Coi khối lượng của hạt nhân tính theo u xấp xĩ bằng số khối của chúng và N A = 6,02.10 23 mol -1 . 11. Pôlôni 210 84 Po là một chất phóng xạ có chu kì bán rã 140 ngày đêm. Hạt nhân pôlôni phóng xạ sẽ biến thành hạt nhân chì (Pb) và kèm theo một hạt α. Ban đầu có 42mg chất phóng xạ pôlôni. Tính khối lượng chì sinh ra sau 280 ngày đêm. 12. Đồng vị 24 11 Na là chất phóng xạ β - và tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu 24 11 Na có khối lượng ban đầu là m 0 = 0,24g. Sau 105 giờ, độ phóng xạ của nó giảm đi 128 lần. Cho N A = 6,02.10 23 (mol -1 ). a) Viết phương trình phản ứng. b) Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu. c) Tìm khối lượng magiê tạo ra sau thời gian 45 giờ. 13. Cho phản ứng hạt nhân 9 4 Be + 1 1 H → X + 6 3 Li a) X là hạt nhân của nguyên tử nào và còn gọi là hạt gì? b) Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết m Be = 9,01219u; m p = 1,00783u; m Li = 6,01513u; m X = 4,0026u; 1u = 931MeV/c 2 . LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 6 14. Dùng 1 prôton có động năng W p = 5,58MeV bắn phá hạt nhân 23 11 Na đứng yên sinh ra hạt α và X. Coi phản ứng không kèm theo bức xạ γ. a) Viết phương trình phản ứng và nêu cấu tạo hạt nhân X. b) Phản ứng trên thu hay tỏa năng lượng. Tính năng lượng đó. c) Biết động năng của hạt α là W α = 6,6MeV. Tính động năng của hạt nhân X. 15. Cho phản ứng hạt nhân 230 90 Th → 226 88 Ra + X + 4,91MeV. a) Nêu cấu tạo của hạt nhân X. b) Tính động năng của hạt nhân Ra. Biết hạt nhân Th đứng yên. Lấy khối lượng gần đúng của các hạt nhân tính bằng đơn vị u có giá trị bằng số khối của chúng. 16. Bắn hạt α có động năng 4MeV vào hạt nhân 14 7 N đứng yên thì thu được một hạt prôton và một hạt nhân X. a) Viết phương trình phản ứng, nêu cấu tạo của hạt nhân X và tính xem phản ứng đó tỏa ra hay thu vào bao nhiêu năng lượng. b) Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ, tính động năng và tốc độ của prôton. Cho: m α = 4,0015u; m X = 16,9947u; m N = 13,9992u; m p = 1,0073u; 1u = 931MeV/c 2 ; c = 3.10 8 m/s. 17. (ĐH Dược Hà Nội)Một phản ứng phân hạch của hạt nhân Urannin 235 là : e7Lan2MonU O 1 139 57 1 O 95 42 1 O 235 92 − +++→+ . Mo là kim loại Molipden, La là kim loại Lantan (họ đất hiếm). 1. Tính ra MeV và J năng lượng ∆ E toả ra từ phản ứng trên. Cho biết m U =234,99u, m Mo =94,88u, m La =138,87u, m n =1,01u, 1u=931MeV/c 2 . Bỏ qua khối lượng (e). 2. Nếu coi giá trị ∆ E tính ở câu trên là giá trị trung bình toả ra từ một phản ứng thì trong 1g U 235 phân hạch hoàn toàn toả ra năng lượng bằng bao nhiêu?cho biết số Avôgađrô N A =6,02.10 23 (mol -1 ). 3. Cần phải đốt một lượng bao nhiêu than để có năng lượng như vậy. Biết rằng năng suất toả nhiệt của than là 2,93.10 7 J/kg. 18. (ĐH Thương Mại) Người ta dùng phôton bắn phá hạt nhân Be 9 4 đứng yên. Phản ứng cho hạt α và hạt nhân X . 1. Viết đầy đủ phản ứng hạt nhân trên. 2. Biết động năng của phôton là 5,45 Mev, của hạt α là 4 MeV, vận tốc của hạt α và của prôton vuông góc với nhau. Tính động năng và vận tốc của hạt nhân X. 3.Tính năng lượng toả ra từ một phản ứng trên. Coi khối lượng của hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó là 1u=1,66.10 -27 kg=931MeV/c 2 . 19: (ĐHSP Hà Nội) Cho prôton có động năng K P = 1,46 MeV, bắn phá vào hạt nhân Li 7 3 đứng yên. Hai hạt nhân X sinh ra giống nhau và có cùng động năng. 1. Viết phương trình phản ứng. Cho biết cấu tạo hạt nhân X? Đó là hạt nhân của nguyên tử nào? Còn gọi là hạt gì?. 2. Phản ứng thu hay toả năng lượng? Năng lượng này bằng bao nhiêu và có phụ thuộc vào K P hay không?. 3. Giả sử phản ứng trên tiếp diễn trong một thời gian và lượng khí tạo thành là 10cm 3 ở điều kiện tiêu chuẩn. Tính năng lượng toả ra hay thu vào( theo đơn vị kJ). 4. tính động năng của một hạt nhân X sau khi sinh ra. Động năng này có phụ thuộc vào K P hay không?. 5. tính góc hợp bởi các véc tơ vận tốc của hai hạt nhân X sinh ra sau phản ứng. Biết khối lượng các hạt nhân tính theo u là:m li =7,0142u, m X =4,0015, m P =1,0073, e=1,6.10 -19 C. số Avôgađrô N A =6,02.10 23 (mol -1 ). D. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 1. Tính số nguyên tử trong 1g khí cacbonic. Cho N A = 6,02.10 23 ; O = 15,999; C = 12,011. A. 0,274.10 23 . B. 2,74.10 23 . C. 3,654.10 23 . D. 0,3654.10 23 . 2. Số prôtôn trong 16 gam 16 8 O là (N A = 6,02.10 23 nguyên tử/mol) A. 6,023.10 23 . B. 48,184.10 23 . C. 8,42.10 23 . D. 0.75.10 23 . 3. Chọn câu sai A. Một mol chất gồm N A = 6,02.10 23 nguyên tử (phân tử). B. Khối lượng của nguyên tử cacbon bằng 12 gam. C. Khối lượng của 1 mol N 2 bằng 28 gam. D. Khối lượng của 1 mol khí hyđrô bằng 2 gam. 4. Chọn câu đúng. A. Có thể coi khối lượng hạt nhân gần bằng khối lượng nguyên tử. LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 7 B. Bán kính hạt nhân bằng bán kính nguyên tử. C. Điện tích nguyên tử bằng điện tích hạt nhân. D. Có hai loại nuclôn là prôtôn và electron. 5. Muốn phát ra bức xạ, chất phóng xạ trong thiên nhiên cần phải được kích thích bởi A. Ánh sáng Mặt Trời. B. Tia tử ngoại. C. Tia X. D. Không cần kích thích. 24. Cặp tia nào sau đây không bị lệch trong điện trường và từ trường? A. Tia α và tia β. B. Tia γ và tia β. C. Tia γ và tia Rơnghen. D. Tia β và tia Rơnghen. 6. Tính chất nào sau đây không phải là tính chất chung của các tia α, β và γ ? A. Có khả năng ion hoá chất khí. B. Bị lệch trong điện trường và từ trường. C. Có tác dụng lên phim ảnh. D. Có mang năng lượng. 7. Trong phản ứng hạt nhân 19 9 F + p → 16 8 O + X thì X là A. nơtron. B. electron. C. hạt β + . D. hạt α. 8. Tính số nguyên tử trong 1 gam khí O 2 . Cho N A = 6,022.10 23 /mol; O = 16. A. 376.10 20 .B. 736.10 30 . C. 637.10 20 . D. 367.10 30 . 9. Có 100g iôt phóng xạ 131 53 I với chu kì bán rã là 8 ngày đêm. Tính khối lượng chất iôt còn lại sau 8 tuần lễ. A. 8,7g. B. 7,8g. C. 0,87g. D. 0,78g. 10. Tìm độ phóng xạ của 1 gam 226 83 Ra. Biết chu kì bán rã của nó là 16622 năm (coi 1 năm là 365 ngày). A. 0,976Ci. B. 0,796C. C. 0,697Ci. D. 0.769Ci. 11. Ban đầu có 5 gam chất phóng xạ radon 222 86 Rn với chu kì bán rã 3,8 ngày. Số nguyên tử radon còn lại sau 9,5 ngày là A. 23,9.10 21 . B. 2,39.10 21 . C. 3,29.10 21 . D. 32,9.10 21 . 12. Cho phản ứng hạt nhân: α + 27 13 Al → X + n. Hạt nhân X là A. 27 13 Mg. B. 30 15 P. C. 23 11 Na. D. 20 10 Ne. 13. Chất phóng xạ iôt 131 53 I có chu kì bán rã 8 ngày. Lúc đầu có 200g chất này. Sau 24 ngày, khối lượng iốt phóng xạ đã bị biến thành chất khác là A. 50g. B. 175g. C. 25g. D. 150g. 14. Có 100g chất phóng xạ với chu kì bán rã là 7 ngày đêm. Sau 28 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ đó còn lại là A. 93,75g. B. 87,5g. C. 12,5g. D. 6,25g. 15. Các nguyên tử được gọi là đồng vị khi hạt nhân của chúng có A. cùng số prôtôn. B. cùng số nơtron. C. cùng khối lượng. D. cùng số nuclôn. 16. Hạt nhân 14 6 C phóng xạ β - . Hạt nhân con sinh ra có A. 5 prôtôn và 6 nơtron. B. 6 prôtôn và 7 nơtron. C. 7 prôtôn và 7 nơtron. D. 7 prôtôn và 6 nơtron. 17. Sau thời gian t, độ phóng xạ của một chất phóng xạ β - giảm 128 lần. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 128t. B. 128 t . C. 7 t . D. 128 t. 18. Trong quá trình biến đổi 238 92 U thành 206 82 Pb chỉ xảy ra phóng xạ α và β - Số lần phóng xạ α và β - lần lượt là A. 8 và 10. B. 8 và 6. C. 10 và 6. D. 6 và 8. 19. Trong phản ứng hạt nhân: 9 4 Be + α → X + n. Hạt nhân X là A. 12 6 C. B. 16 8 O.C. 12 5 B. D. 14 6 C. 20. Trong hạt nhân 14 6 C có A. 8 prôtôn và 6 nơtron. B. 6 prôtôn và 14 nơtron. C. 6 prôtôn và 8 nơtron. D. 6 prôtôn và 8 electron. 21. Nếu do phóng xạ, hạt nhân nguyên tử A Z X biến đổi thành hạt nhân nguyên tử A Z 1− Y thì hạt nhân A Z X đã phóng ra tia A. α. B. β - . C. β + . D. γ. 22. Có thể tăng hằng số phóng xạ λ của đồng vị phóng xạ bằng cách nào? LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 8 A. Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong từ trường mạnh. B. Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh. C. Đốt nóng nguồn phóng xạ đó. D. Hiện nay chưa có cách nào để thay đổi hằng số phóng xạ. 23. Chu kì bán rã của chất phóng xạ 90 38 Sr là 20 năm. Sau 80 năm có bao nhiêu phần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác? A. 6,25%. B. 12,5%. C. 87,5%. D. 93,75%. 24. Trong nguồn phóng xạ 32 15 P với chu kì bán rã 14 ngày có 3.10 23 nguyên tử. Bốn tuần lễ trước đó số nguyên tử 32 15 P trong nguồn đó là A. 3.10 23 nguyên tử. B. 6.10 23 nguyên tử. C. 12.10 23 nguyên tử. D. 48.10 23 nguyên tử. 25. Hạt nhân C 14 6 là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia β - có chu kì bán rã là 5600 năm. Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu của mẫu đó. A. 16800 năm. B. 18600 năm. C. 7800 năm. D. 16200 năm. 26. Hạt nhân C 14 6 là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia β - có chu kì bán rã là 5600năm. Trong cây cối có chất phóng xạ C 14 6 . Độ phóng xạ của một mẫu gỗ tươi và một mẫu gỗ cổ đại đã chết cùng khối lượng lần lượt là 0,25Bq và 0,215Bq. Hỏi mẫu gỗ cổ đại chết đã bao lâu ? A. 12178,86 năm. B. 12187,67 năm. C. 1218,77 năm. D. 16803,57 năm. 27. Chu kì bán rã của U 238 92 là 4,5.10 9 năm. Lúc đầu có 1g U 238 92 nguyên chất. Tính độ phóng xạ của mẫu chất đó sau 9.10 9 năm. A. 3,087.10 3 Bq. B. 30,87.10 3 Bq. C. 3,087.10 5 Bq. D. 30,87.10 5 Bq. 28. Coban ( Co 60 27 ) phóng xạ β - với chu kỳ bán rã 5,27 năm và biến đổi thành niken (Ni). Hỏi sau bao lâu thì 75% khối lượng của một khối chất phóng xạ Co 60 27 phân rã hết. A. 12,54 năm. B. 11,45 năm. C. 10,54 năm. D. 10,24 năm. 29. Khối lượng của hạt nhân X 10 5 là 10,0113u; khối lượng của proton mp = 1,0072u, của nơtron mn = 1,0086u. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này là (cho u = 931 MeV/e2) A.6,43 MeV B. 64,3 MeV C.0,643 MeV D. 6,30MeV. 30. Phốt pho P 32 15 phóng xạ β - với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày. Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng của một khối chất phóng xạ P 32 15 còn lại là 2,5g. Tính khối lượng ban đầu của nó. A. 15g. B. 20g. C. 25g. D. 30g. 31. Nơtrôn có động năng K n = 1,1MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản ứng : n 1 0 + Li 6 3 → X + He 4 2 . Cho m Li = 6,0081u; m n = 1,0087u ; m X = 3,0016u ; m He = 4,0016u ; 1u = 931MeV/c 2 . Hãy cho biết phản ứng đó toả hay thu bao nhiêu năng lượng. A. toả 8,23MeV. B. thu 11,56MeV. C. thu 2,8MeV. D. toả 6,8MeV. 32. Tìm năng lượng toả ra khi một hạt nhân urani U234 phóng xạ tia α tạo thành đồng vị thori Th230. Cho các năng lượng liên kết riêng : Của hạt α là 7,10MeV ; của U234 là 7,63MeV ; của Th230 là 7,70MeV. A. 12MeV. B. 13MeV. C. 14MeV. D. 15MeV. 33. Gọi ∆t là khoảng thời gian để số hạt nhân của một lượng chất phóng xạ giảm đi e lần (e là cơ số của lôga tự nhiên với lne = 1), T là chu kỳ bán rã của chất phóng xạ. Hỏi sau khoảng thời gian 0,51∆t chất phóng xạ còn lại bao nhiêu phần trăm lượng ban đầu ? A. 40%. B. 50%. C. 60%. D. 70%. 34. Một gam chất phóng xạ trong 1 giây phát ra 4,2.1013 hạt β Khối lượng nguyên tử của chất phóng xạ này là 58,933 u; lu = 1,66.10-27 kg. Chu kì bán rã của chất phóng xạ này là: A. 1,78.108s. B.1,68.108s. C.1,86.108s. D.1,87.108 s. 35. Độ phóng xạ của 14 C trong một tượng gỗ cổ bằng 0,65 lần độ phóng xạ của 14 C trong một khúc gỗ cùng khối lưọng vừa mới chặt. Chu kì bán rã của 14 C là 5700năm. Tuổi của tưọng gỗ là: A.3521 năm. B. 4352 năm. C.3543 năm. D.3452 năm . 36. Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 10s. Sau 30s người ta đo được độ phóng xạ của nó là 25.10 5 Bq. Độ phóng xạ ban đầu của chất đó là A. 2.10 5 Bq. B. 3,125.10 7 Bq. C. 2.10 10 Bq. D. 2.10 7 Bq. 37. Đồng vị phóng xạ 66 29 Cu có chu kỳ bán rã 4,3 phút. Sau khoảng thời gian t = 12,9 phút, độ phóng xạ của đồng vị này giảm xuống bao nhiêu : LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 9 A. 85 % B. 87,5 % C. 82, 5 % D. 80 % . 38. Phản ứng hạt nhân nhân tạo không có các đặc điểm nào sau đây: A. toả năng lượng. B. tạo ra chất phóng xạ. C. thu năng lượng. D. năng lượng nghĩ được bảo toàn. 39. Các hạt nhân nặng (urani, plutôni ) và hạt nhân nhẹ (hiđrô, hêli ) có cùng tính chất nào sau đây A. có năng lượng liên kết lớn. B. Có năng lượng liên kết riêng lớn. C. tham gia phản ứng nhiệt hạch. D. gây phản ứng dây chuyền. 40. Xác định chu kì bán rã của đồng vị iốt 131 53 I biết rằng số nguyên tử của đồng vị ấy cứ một ngày đêm thì giảm đi 8,3%. A. 4 ngày B. 3 ngày. C. 8 ngày. D. 10 ngày 41. Một chất phóng xạ sau 10 ngày đêm giảm đi 3/4 khối lượng ban đầu đã có. Tính chu kỳ bán rã. A. 20 ngày đêm B. 5 ngày đêm. C. 24 ngày đêm D. 15 ngày đêm 42. Chọn câu sai: A. Các hạt nhân có số khối trung bình là bền vững nhất. B. Các nguyên tố đứng đầu bảng tuần hoàn như H, He kém bền vững hơn các nguyên tố ở giữa bảng tuần hoàn. C. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững. D. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. 43. Từ hạt nhân 236 88 Ra phóng ra 3 hạt α và một hạt β- trong chuỗi phóng xạ liên tiếp. Khi đó hạt nhân tạo thành là: A. 222 84 X. B. 224 84 X. C. 222 83 X. D. 224 83 X. 44. Pôzitron là phản hạt của A. nơtrinô. B. nơtron. C. prôton. D. electron. 45. Đồng vị Pôlôni 210 84 Po là chất phóng xạ α, chu kì bán rã là 138ngày. Cho NA = 6,02.1023mol-1 Độ phóng xạ ban đầu của 2mg Po là: A. 2,879.10 16 Bq. B. 2,879.10 19 Bq. B. 3,33.10 11 Bq. D. 3,33.10 14 Bq. 46. Mỗi phân hạch của hạt nhân 235 92 U bằng nơtron toả ra một năng lượng hữu ích 185MeV. Một lò phản ứng công suất 100MW dùng nhiên liệu 235 92 U trong thời gian 8,8 ngày phải cần bao nhiêu kg Urani? A. 3kg. B. 2kg. C. 1kg. D. 0,5kg. 47. Một mẫu radon 222 86 Rn chứa 10 10 nguyên tử. Chu kì bán rã của radon là 3,8 ngày. Sau bao lâu thì số nguyên tử trong mẫu radon còn lại 10 5 nguyên tử. A. 63,1 ngày. B. 3,8 ngày. C. 38 ngày. D. 82,6 ngày. 48. Đồng vị phóng xạ của silic 27 14 Si phân rã trở thành đồng vị của nhôm 27 13 Al. Trong phân rã này hạt nào đã bay khỏi hạt nhân silic ? A. nơtron. B. prôtôn. C. electron. D. pôzitron. 49. Phản ứng hạt nhân 1 1 H + 7 3 Li → 2 4 2 He toả năng lượng 17,3MeV. Xác định năng lượng toả ra khi có 1 gam hêli được tạo ra nhờ các phản ứng này. Cho N A = 6,023.10 23 mol -1 . A. 13,02.10 26 MeV. B. 13,02.10 23 MeV. C. 13,02.10 20 MeV. D. 13,02.10 19 MeV. 50. Xác định bản chất hạt phóng xạ trong phân rã 60 27 Co biến thành 60 28 Ni. A. hạt β - . B. hạt β + . C. hạt α. D. hạt prôtôn. 51. Tính tuổi của một tượng gổ cổ biết rằng độ phóng xạ β- hiện nay của tượng gổ ấy bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gổ cùng khối lượng mới chặt. Biết chu kì bán rã của C14 là 5600 năm. A. 2112 năm. B. 1056 năm. C. 1500 năm. D. 2500 năm. 52. Một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ λ. Sau khoảng thời gian bằng λ 1 tỉ lệ số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã so với số hạt nhân chất phóng xạ ban đầu xấp xĩ bằng A. 37%. B. 63,2%. C. 0,37%. D. 63,2%. 53. Đại lượng đặc trưng cho mức bền vững của hạt nhân là A. năng lượng liên kết riêng. B. số prôtôn C. số nuclôn. D. năng lượng liên kết. 54. Hạt nhân 30 15 P phóng xạ β + . Hạt nhân con được sinh ra từ hạt nhân này có A. 15 prôtôn và 15 nơtron. B. 14 prôtôn và 16 nơtron. C. 16 prôtôn và 14 nơtron.D. 17 prôtôn và 13 nơtron. 55. Độ phóng xạ của một khối chất phóng xạ giảm n lần sau thời gian ∆t. Chu kì bán rã của chất phóng xạ này bằng LUYEN THI DH CD Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 10 A. T = 2ln ln n .∆T. B. T = (ln n – ln 2).∆T. C. T = nln 2ln .∆T. D. T = (ln n + ln 2).∆T. 56. Chất phóng xạ 24 11 Na có chu kì bán rã 15 giờ. So với klu Na ban đầu, klu chất này bị phân rã trong vòng 5h đầu tiên bằng A. 70,7%. B. 29,3%. C. 79,4%. D. 20,6% 57. Phân hạch một hạt nhân 235 U trong lò phản ứng hạt nhân sẽ tỏa ra năng lượng 200MeV. Số Avôgađrô N A = 6,023.10 23 mol -1 . Nếu phân hạch 1g 235 U thì năng lượng tỏa ra bằng A. 5,13.10 23 MeV. B. 5,13.10 20 MeV. C. 5,13.10 26 MeV. D. 5,13.10 -23 MeV. 58. Một lượng phóng xạ 222Rn có klu ban đầu là 1mg. Sau 15,2 ngày thì khối lượng của nó còn lại là 6,25%. Số Avôgađrô N A = 6,023.10 23 mol -1 . Độ phóng xạ của chất phóng xạ tại thời điểm này là A. H = 3,58.10 11 Bq. B. H = 0,97Ci.C. H = 3,58.10 10 Bq. D. H = 35,8Ci. LUYEN THI DH CD . PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. + Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không. hạt nhân phóng xạ là hạt nhân mẹ và hạt nhân phân rã là hạt nhân con. * Các tia phóng xạ : + Tia α : là chùm hạt nhân hêli 4 2 He, gọi là hạt α, được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng. Ôn tập Lý 12- Phần Vật lý hạt nhân Trang 1 VẬT LÝ HẠT NHÂN A. LÝ THUYẾT 1. CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn + Hạt nhân được cấu tạo từ ø các nuclôn.